KR100944980B1 - 냉각수단을 구비한 전지모듈과 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있고 둘 또는 그 이상의 방열부재가 장착되어 있는 전지모듈로서, 상기 방열부재들 중, 제 1 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있으며, 제 2 방열부재는, 상기 제 1 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어진 전지모듈을 제공한다.

Description

냉각수단을 구비한 전지모듈과 이를 포함하는 중대형 전지팩 {Battery Module Having Cooling Means, and Middle or Large-sized Battery Pack Containing the Same}
본 발명은 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있고 둘 또는 그 이상의 방열부재가 장착되어 있는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상기 방열부재들 중, 제 1 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있으며, 제 2 방열부재는, 상기 제 1 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어진 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전 기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체 를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전지모듈의 크기를 고려하여, 많은 전지셀들을 적층할수록 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로들을 형성하게 되는데, 이로 인해 냉각 구조의 설계가 복잡해지는 문제점이 발생한다. 즉, 냉매의 유입구 대비 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로는 높은 압력 손실을 유발하게 되어, 냉매의 유입구 및 배출구의 형태와 위치 등을 설계하는데 많은 어려움이 따른다. 또한, 이러한 압력 손실을 방지하기 위하여 팬이 추가적으로 설치되기도 하므로, 전력 소모와 팬 소음, 공간 등과 같이 설계상의 제약이 따를 수 있다.
뿐만 아니라, 전지셀 적층체 중간에 위치하는 전지셀의 경우, 냉각이 제대로 이루어지지 않을 경우, 최외측 전지셀에 비해 열화가 빨리 진행될 수 있다. 이러한 전지셀들의 균일하지 못한 열화 속도는 전체 전지모듈의 수명 저하를 초래하고, 안전성 측면에서도 바람직하지 못하다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간단하고 콤팩트한 구조로 제 조될 수 있고, 수명 특성과 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 순차적으로 적층되어 있는 다수의 전지셀들이 절곡 가능한 방열부재에 의해 감싸인 구조로 구성되어 있어서 전도에 의한 열전달을 이룸으로써, 전지모듈의 전체온도를 균일하게 하여 온도편차를 줄일 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 구조를 바탕으로 한 다수의 전지모듈들을 사용하여 냉매 유로를 다양하게 조절할 수 있는 간단한 구조의 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있고 둘 또는 그 이상의 방열부재가 장착되어 있는 전지모듈로서, 상기 방열부재들 중, 제 1 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되 도록 연장되어 있으며, 제 2 방열부재는, 상기 제 1 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 방열부재가 다수의 판상형 전지셀들의 적어도 일 면과 접하면서 중복되지 않도록 전지셀들을 감싸고, 그것의 적어도 일부가 최외측 전지셀의 외면으로 노출됨으로써, 전지셀로부터 발생한 열을 방열부재를 통한 전도에 의해 효과적으로 방출할 수 있다.
더욱이, 상기 방열부재와 함께 전지셀들의 양면이 상호 밀착되거나 또는 인접한 구조로 적층되어 있어서, 열전달이 용이하여 더욱 효과적으로 온도편차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 이를 포함하는 전지모듈 크기의 증가를 억제할 수 있고, 종래의 냉각시스템을 사용하는 전지셀들에 비해 높은 집적도로 전지셀들을 적층할 수 있다.
상기에서 제 2 방열부재가 상기 제 1 방열부재와 중복되지 않는 범위에서 전지모듈 상에 장착된다는 것은, 이들 방열부재들이 서로 중첩되지 않는 상태에서 앞서 설명한 조건들을 만족하면서 전지모듈 상에 장착된다는 것을 의미한다. 따라서, 제 1 방열부재와 제 2 방열부재는 전체적으로 대향 위치에서 전지모듈 상에 장착되는 구조를 이룬다.
상기 방열부재는 앞서 설명한 바와 같은 장착 구조가 가능하며 열전도성인 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 높은 열전도성의 절곡 가능한 판재로 이루어질 수 있다.
이러한 방열부재는 전지셀들의 형태 및 적층 두께에 따라 절곡이 가능하므로, 소망하는 형상으로 유연하게 장착 구조를 형성할 수 있다. 또한, 높은 열전도성 소재로 이루어진 방열부재는 전지셀에서 발생한 열을 용이하게 외부로 전도할 수 있으므로, 전지셀의 방열을 효과적으로 수행할 수 있다.
이러한 방열부재로는 대표적으로 금속 소재로 이루어진 판재를 들 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 방열부재는 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/3 내지 1/2 면적을 감싸고 있고, 상기 제 2 방열부재는 제 1 방열부재의 대향측(반대쪽)에서 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/3 내지 1/2 면적을 감싸고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 서로 대향하고 있는 상기 제 1 및 제 2 방열부재의 일측 단부들은, 최외측 전지셀 외면의 전체 내지 2/3 면적을 감싸게 된다. 상기 제 1 및 제 2 방열부재들이 감싸는 최외측 전지셀 외면의 면적이 2/3보다 작은 경우에는 그것의 장착에 따른 방열 효과를 발휘하기 어려울 수 있으므로, 적어도 최외측 전지셀 외면의 2/3 이상을 감싸는 것이 바람직하다.
그러한 측면에서, 제 1 방열부재의 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/2 면적을 감싸고 있고, 제 2 방열부재의 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/2 면적을 감싸고 있는 구조가 더욱 바람직하다. 그러나, 제 1 방열부재의 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 2/3 면적을 감싸고 있고, 제 2 방열부재의 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/3 면적을 감싸고 있는 구조도 가능함은 물론이다.
한편, 전지셀들 사이에 개재되는 상기 제 1 및 제 2 방열부재들의 대향측 단부는 바람직하게는 전지셀들 사이의 계면 전체에 개재되는 크기로 연장되어 있을 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 방열부재들의 대향측 단부들이 적층되어 있는 전지셀들의 계면 전체를 커버하는 구조를 이룸으로써, 전지셀에서 발생한 열을 효과적으로 도전시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 판상형 전지셀의 양면 중 일면에만 방열부재의 대향측 단부가 위치하도록 방열부재들이 전지모듈에 장착되어 있을 수 있다. 상기 방열부재가 판상형 전지셀의 양면 중 일면에만 위치하더라도, 전도에 의해 소망하는 열전달을 이룰 수 있으므로, 상기 전지셀에서 발생한 열을 용이하게 제거할 수 있다.
구체적으로, 상기 최외측 전지셀(a)를 기준으로 적층된 전지셀들을 순서에 따라 제 1 전지셀, 제 2 전지셀, 제 3 전지셀 … 제 p 전지셀로 정의할 때, 상기 제 1 방열부재의 대향측 단부는 제 1 전지셀과 제 2 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제 2 방열부재의 대향측 단부는 제 3 전지셀과 제 4 전지셀 사이에 위치할 수 있다.
따라서, 상기 1 및 제 2 방열부재들의 대향측 단부가 제 2 전지셀과 제 3 전지셀 사이에 위치하지 않더라도, 제 2 전지셀은 제 1 전지셀과의 사이에 개재되어 있는 제 1 방열부재에 일 면이 접하므로 방열을 이룰 수 있고, 제 3 전지셀은 제 4 전지셀과의 사이에 개재되어 있는 제 2 방열부재에 일면이 접하므로 방열을 이룰 수 있다.
경우에 따라서는, 전지모듈 중앙 부위 전지셀들의 발열량이 많은 점을 고려하여, 제 2 방열부재의 대향측 단부가 제 2 전지셀과 제 3 전지셀 사이에 위치하는 경우도 가능함은 물론이다. 따라서, 제 2 전지셀의 일 면은 제 1 방열부재에 접하고 다른 면은 제 2 방열부재에 접하므로, 두 개의 방열부재들에 의해 높은 방열 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈의 또 다른 최외측 전지셀(b)에 장착되는 제 3 방열부재와 제 4 방열부재를 포함하고 있고, 상기 제 3 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 상기 최외측 전지셀(b)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있으며, 상기 제 4 방열부재는, 상기 제 3 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기에서 최외측 전지셀(b)은 다수의 전지셀들이 적층된 구조의 전지모듈에서 최외측 전지셀(a)의 반대쪽에 위치하는 전지셀을 의미한다. 즉, 전지모듈의 양측에 최외측 전지셀(a)와 최외측 전지셀(b)가 각각 위치하는 형태이다. 따라서, 상기 바람직한 예는, 이러한 최외측 전지셀(b)에도 최외측 전지셀(a)의 제 1 및 제 2 방열부재들과 동일 또는 유사한 형태로 제 3 및 제 4 방열부재들이 장착될 수 있음을 의미한다.
상기 구조에서, 상기 제 3 방열부재 및 제 4 방열부재는 제 1 방열부재 및 제 2 방열부재와 중복되지 않는 위치로 전지모듈에 장착됨은 물론이다.
이러한 제 3 방열부재와 제 4 방열부재의 장착은, 예를 들어, 상기 최외측 전지셀(b)를 기준으로 적층된 전지셀들을 순서에 따라 제 n 전지셀, 제 n-1 전지셀, 제 n-2 전지셀 … 제 p 전지셀로 정의할 때, 상기 제 3 방열부재의 대향측 단부는 제 n 전지셀과 제 n-1 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제 4 방열부재의 대향측 단부는 제 n-2 전지셀과 제 n-3 전지셀 사이에 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기와 같이 소망하는 개수에 따라 다수의 전지셀들을 서로 중복되지 않는 범위에서 다수의 방열부재들로 감싸는 구조로 적층함으로써, 종래와 비교하여 별도의 냉매 유로 없이 고출력 대용량의 전지모듈을 달성할 수 있다.
한편, 상기 방열부재들은 전지셀들의 측면을 감싸도록 절곡된 상태로 전지모듈에 장착되어 있을 수 있으며, 이러한 방열부재는, 예를 들어, 'ㄷ'자 형상으로 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서는, 과냉각을 방지하기 위하여, 상기 최외측 전지셀(a)의 계면과 상기 방열부재들 사이에 절연성 부재가 장착되어 있을 수 있으며, 최외측 전지셀(b)의 계면에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 최외측 전지셀(a)와 최외측 전지셀(b)는 방열부재를 경유하여 외부 환경에 직접 노출되는 전지셀이므로, 내부에 적층된 전지셀들과 비교하여 상대적으로 냉각률이 크다. 따라서, 상기와 같은 절연성 부재가 장착됨으로써 최외측 전지셀들 역시 방열부재를 통해 방열이 일어나 전지셀들 간의 온도 편차를 줄일 수 있다.
상기 전지모듈은 다수의 전지셀들을 적층하고 그것의 사이에 상기 방열부재들을 개재하여 전지모듈을 이룰 수 있는 구조하면 특별히 제한되는 것을 아니며, 예를 들어 6 내지 12개의 전지셀들로 이루어질 수 있다. 다수의 전지들이 적층된 구조임에도 불구하고, 냉각을 위한 냉매 유로는 방열부재들 만을 경유하도록 구성할 수 있으므로, 실질적으로 냉매 유로의 수를 크게 줄일 수 있다. 예를 들어, 최외측 전지셀 상의 방열부재 부위 만을 경유하도록 냉매 유로를 형성할 수 있다. 또는, 최외측 전지셀 상의 방열부재 부위와, 전지모듈의 상면 및/또는 하면 상의 방열부재 부위 만을 경유하도록 냉매 유로를 형성할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 전지모듈은 종래의 전지모듈과 비교하여 다수의 냉각 유로 없이도 열적으로 안정적인 구조를 구현할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 둘 또는 그 이상의 개수로 포함하는 중대형 전지팩을 제공한다.
상기 전지모듈들 사이는 냉매 유로의 형성을 위해 소정의 거리로 이격되어 있을 수 있다. 이러한 구조에서도, 종래의 냉각시스템을 사용하는 중대형 전지팩에 비해, 냉매 유로의 개수를 크게 줄일 수 있음은 물론이다.
상기 냉매 유로의 크기는 상기 전지모듈의 발열량 수준에 따라 적절히 결정할 수 있으며, 바람직하게는 냉매 유로 형성을 위한 상기 이격 거리가 전지모듈의 두께를 기준으로 10 내지 30%의 크기일 수 있다. 전지모듈의 두께를 기준으로 상기 이격 거리가 너무 작은 경우에는, 냉매의 유입구 대비 냉매 유로가 너무 좁아서 압력이 증가하게 되므로, 그 냉각 효과를 발휘하기 어려울 수 있으며, 이와는 반대로, 상기 이격 거리가 너무 큰 경우에는 중대형 전지팩 전체의 크기가 너무 커질 수 있으므로 바람직하지 않다. 그러나, 이러한 문제점을 유발하지 않는다면 상기 이격 거리의 폭이 상기 범위를 넘어설 수도 있음은 물론이다.
상기 냉매는 냉매 유로를 따라 용이하게 흐르면서 전도를 통해 전지셀들을 방열시키는 매질이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 공기 또는 물일 수 있으며, 바람직하게는 공기이다.
본 발명에 따른 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지셀들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 등의 전원에 바람직하게 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 일부 부위에 대한 정면도가 모식적으로 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 전극단자, 접속부재 등 전지모듈의 구성을 위한 기타 부재들을 생략한 상태로 전지셀들을 간략히 도시하였다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)의 일부에는 4개의 판상형 전지셀들(10, 20, 30, 40)이 상호 인접한 구조로 적층되어 있고, 2개의 방열부재들(200, 300)이 소정 위치에 장착되어 있다.
제 1 방열부재(200)는 그것의 일측 단부가 제 1 전지셀(10) 외면의 약 1/2 면적(W)을 감싸고 있고, 제 2 방열부재(210)는 제 1 방열부재(200)의 반대쪽에서 그것의 일측 단부가 제 1 전지셀(10) 외면의 약 1/2 면적(W')를 감싸고 있다. 결과적으로, 최외측 전지셀인 제 1 전지셀(10)은 그것의 외면 전체가 실질적으로 제 1 방열부재(200)와 제 2 방열부재(210)에 의해 감싸인 구조를 이룬다.
제 1 방열부재(200)의 대향측 단부는 제 1 전지셀(10)과 제 2 전지셀 (20) 사이에 위치하도록 절곡되어 있고, 제 2 방열부재(210)의 대향측 단부는 제 3 전지셀(30)과 제 4 전지셀(40) 사이에 위치하도록 절곡되어 있으며, 전지셀들(30, 40)의 계면 전체에 개재되는 크기로 연장되어 있다.
결과적으로, 제 1 방열부재(200)와 제 2 방열부재(210)은 서로 중첩되지 않은 상태로 전지모듈(100) 상에 장착되어 있다.
또한, 제 1 전지셀(10)의 외면과 제 1 방열부재(200) 및 제 2 방열부재(210) 사이에는 절연성 부재(101)가 장착되어 있어서, 제 1 전지셀(10)의 과냉각을 방지한다.
도 2에는 도 1의 방열부재들의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 비교를 위하여, 방열부재들은 도 1의 전지모듈에 장착된 상태가 아닌 동일한 배열 형상으로 나타내었다.
도 2를 참조하면, 방열부재들(200, 210)은 높은 열전도성의 절곡 가능한 금속 판재로서, 전지셀들(도시하지 않음)의 측면을 감싸도록 'ㄷ'자 형상으로 절곡되어 있다.
구체적으로, 방열부재(200, 210)의 일측 단부는 최외측 전지셀(도시하지 않음)의 외면을 부분적으로 감싸도록 상대적으로 짧은 길이(h)이고, 대향측 단부는 전지셀들 사이의 계면 전체에 개재되도록 상대적으로 긴 길이(H)로 구성되어 있다.
한편, 방열부재(210)의 절곡 폭(D)은 방열부재(200)의 절곡 폭(d)에 대해 상대적으로 크다. 이는, 방열부재(200)의 단부가 도 1에서 제 1 전지셀(10)과 제 2 전지셀(20) 사이에 개재되므로, 절연성 부재(101)과 제 1 전지셀(10)의 두께에 대응하는 절곡 폭(d)이 요구됨에 반하여, 방열부재(210)의 단부가 도 1에서 제 3 전지셀(30)과 제 4 전지셀(40) 사이에 개재되므로, 절연성 부재(101), 제 1 전지셀(10), 제 2 전지셀(20) 및 제 3 전지셀(30)의 두께에 대응하는 절곡 폭(D)이 요구되기 때문이다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 정면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(300)은 8개의 판상형 전지셀들이 에어 갭 없이 양면이 상호 밀착하여 적층되어 있고, 4개의 방열부재들이 장착되어 구성되어 있다.
제 1 방열부재(240) 및 제 2 방열부재(250)의 일측 단부들은 각각 최외측 전지셀인 제 1 전지셀(10) 외면을 약 1/2 면적씩 감싸고 있고, 제 3 방열부재(260) 및 제 4 방열부재(270)의 일측 단부들은 각각 최외측 전지셀인 제 8 전지셀(80) 외면을 약 1/2 면적씩 감싸고 있다.
제 1 방열부재(240)의 대향측 단부는 제 3 전지셀(30)과 제 4 전지셀 (40) 사이에 위치하고, 제 2 방열부재(250)의 대향측 단부는 제 2 전지셀(20)과 제 3 전지셀(30) 사이에 위치하도록 절곡되어 있다. 또한, 제 3 방열부재(260)의 대향측 단부는 제 5 전지셀(50)과 제 6 전지셀(60) 사이에 위치하고, 제 4 방열부재(270)의 대향측 단부는 제 6 전지셀(60)과 제 7 전지셀(70) 사이에 위치하도록 절곡되어 있다.
다수의 전지셀들(10, 20, 40, 50, 70, 80)은 일면이 방열부재(240, 250, 260, 270)에 직접 또는 간접적으로 접하도록 구성되어 있고, 일부 전지셀들(30, 60)은 양면이 방열부재(240, 250, 260, 270)에 직접 접하도록 구성되어 있지만, 배열 구성은 매우 다양할 수 있음은 물론이다. 경우에 따라서는, 열축적 현상이 심각할 수 있는 중앙 부위의 전지셀들의 경우, 이들의 양면이 방열부재에 각각 접하도록 구성할 수도 있다.
또한, 과냉각을 방지하기 위하여, 제 1 전지셀(10)과 제 1 방열부재(240) 사이 및 제 8 전지셀(80)과 제 4 방열부재(270) 사이에 절연성 부재(102, 103)가 장착되어 있다.
결과적으로, 전지셀들의 균형 있는 방열을 이루어 전체적으로 온도편차를 줄이게 된다.
도 5에는 도 3 및 도 4의 전지모듈 2개로 구성된 중대형 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 중대형 전지팩(400)은 2개의 전지모듈들(310, 320)로 이루 어져 있고, 전지모듈들(310, 320) 사이의 거리(L)는 전지모듈의 두께를 기준으로 대략 20%의 크기로 이격되어 있어서, 공기의 유동을 위한 냉매 유로(410)를 형성한다.
냉매 유로는 전지모듈(310)의 좌측 외면과 전지모듈(320)의 우측 외면에 대응하는 부위에도 형성되며, 경우에 따라서는, 전지모듈들(310, 320)의 상면 및/또는 하면에 대응하는 부위에도 형성될 수 있다.
이러한 구조를 바탕으로, 전지셀들에서 발생한 열은 방열부재들(311, 312, 313, 321, 323, 324)로 전도되고, 이러한 전도열은 냉매 유로를 통과하는 냉매가 방열부재들(311, 312, 313, 321, 323, 324)과 접촉될 때 방열된다. 따라서, 전지셀들 사이에 별도의 냉매 유로를 형성하지 않더라도 효과적인 방열을 이룰 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 순차적으로 적층되어 있는 다수의 전지셀들이 방열부재에 의해 특정한 형태로 감싸인 구조로 이루어져 있어서, 전도에 의해 열전달을 이룸으로써, 콤팩트한 구조로도 전지모듈의 전체 온도를 균일하게 하여 결과적으로 전지모듈의 수명 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구조를 바탕으로 한 다수의 전지모듈들의 이격 간격을 다양하게 조절할 수 있어서, 중대형 전지팩의 냉각시스템을 용이하게 구성할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 일부 부위에 대한 정면도이다;
도 2는 도 1의 방열부재들의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 정면도이다;
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 5는 도 3 및 도 4의 전지모듈 2개로 구성된 중대형 전지팩의 사시도이다.

Claims (17)

  1. 다수의 판상형 전지셀들이 순차적으로 적층되어 있고 둘 또는 그 이상의 방열부재가 장착되어 있는 전지모듈로서,
    상기 방열부재들 중, 제 1 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있으며;
    제 2 방열부재는, 상기 제 1 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(a)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열부재는 열전도성의 절곡 가능한 판재인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방열부재는 금속 판재인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방열부재는 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/3 내지 1/2 면적을 감싸고 있고, 상기 제 2 방열부재는 제 1 방열부재의 대향측(반대쪽)에서 일측 단부가 최외측 전지셀(a) 외면의 1/3 내지 1/2 면적을 감싸 고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 전지셀들 사이에 개재되는 상기 제 1 및 제 2 방열부재들의 대향측 단부는 전지셀들 사이의 계면 전체에 개재되는 크기로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀의 양면 중 일면에만 방열부재의 대향측 단부가 위치하도록 방열부재들이 전지모듈에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 최외측 전지셀(a)를 기준으로 적층된 전지셀들을 순서에 따라 제 1 전지셀, 제 2 전지셀, 제 3 전지셀 … 제 p 전지셀(‘p번째 전지셀’)로 정의할 때, 상기 제 1 방열부재의 대향측 단부는 제 1 전지셀과 제 2 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제 2 방열부재의 대향측 단부는 제 3 전지셀과 제 4 전지셀 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈의 또 다른 최외측 전지셀(b)에 장착되는 제 3 방열부재와 제 4 방열부재를 포함하고 있고,
    상기 제 3 방열부재는 일측 단부가 전지모듈의 상기 최외측 전지셀(b)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있 으며;
    상기 제 4 방열부재는, 상기 제 3 방열부재와 중복되지 않는 범위에서, 일측 단부가 상기 최외측 전지셀(b)의 적어도 일부를 감싸고 대향측 단부가 내측 전지셀들 사이에 개재되도록 연장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 방열부재 및 제 4 방열부재는 제 1 방열부재 및 제 2 방열부재와 중복되지 않는 위치로 전지모듈에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 최외측 전지셀(b)를 기준으로 적층된 전지셀들을 순서에 따라 제 n 전지셀(‘n번째 전지셀’), 제 n-1 전지셀, 제 n-2 전지셀 … 제 p 전지셀(‘p번째 전지셀’)로 정의할 때, 상기 제 3 방열부재의 대향측 단부는 제 n 전지셀과 제 n-1 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제 4 방열부재의 대향측 단부는 제 n-2 전지셀과 제 n-3 전지셀 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 방열부재들은 전지셀들의 측면을 감싸도록 절곡된 상태로 전지모듈에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 과냉각을 방지하기 위하여, 상기 최외측 전지셀(a)의 계 면과 상기 방열부재들 사이에 절연성 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 6 내지 12개의 전지셀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 둘 또는 그 이상의 개수로 포함하고 있는 중대형 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지모듈들 사이는 냉매 유로의 형성을 위해 소정의 거리로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 또는 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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