KR100951324B1 - 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트') 상에서, 상기 비드들은 냉매 유입구로부터 유체의 진행 방향으로 냉매가 균일하게 전지모듈 내부로 유입될 수 있도록 외부로 돌출된 양각 구조로 형성되어 있는 구조로 이루어진 중대형 전지팩 케이스를 제공한다.

Description

냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스 {Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux}
도 1은 비드가 형성된 일반적인 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도이다;
도 2는 도 1의 중대형 전지팩에서 전지팩 케이스의 외면 사시도이다;
도 3은 도 1의 구조로 제작된 중대형 전지팩에서 셀 사이의 유량 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도이다;
도 5는 도 4의 구조로 제작된 중대형 전지팩에서 셀 사이의 유량 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도들이다;
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도들이다.
본 발명은 중대형 전지팩 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트') 상에서, 상기 비드들은 냉매 유입구로부터 유체의 진행 방향으로 냉매가 균일하게 전지모듈 내부로 유입될 수 있도록 외부로 돌출된 양각 구조로 형성되어 있는 중대형 전지팩 케이스에 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 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(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 바람직하 므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 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.
중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 냉각 시스템이 필요하다.
그러한 전지팩 냉각 시스템의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩 냉각 시스템은, 다수의 전지셀들(21)을 전기적으로 연결한 구조의 전지모듈(20)과, 그러한 전지모듈(20)이 내장되는 팩 케이스(10)로 구성되어 있다. 팩 케이스(10)에는 전지셀(21)의 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈(20)의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구(2)와 냉매 배출구(4)가 형성되어 있으며, 뒤틀림, 진동 등과 같은 외력에 대해 우수한 내구성 또는 구조적 안정성을 발휘할 수 있도록 요철형상의 음극 비드(11)가 유입 덕트(12)의 내면으로 돌출되어 있다. 음극 비드(11)의 외면 형상은, 팩 케이스(10)의 외면 형상이 부분 사시도로서 도시되어 있는 도 2에서 확인할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 음극 비드(11)는 폭(W) 대비 길이(L)가 큰 요철 형상의 구조로 이루어져 있고, 다수의 음극 비드들(11)이 상호 평행한 배열 구조로 형성되어 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전지모듈(20)의 전지셀(21)들 사이에는 냉매가 이동할 수 있는 작은 유로(22)가 형성되어 있어서, 냉매 유입구(2)로부터 유입된 냉매가 유로(22)를 통해 이동하면서 전지셀(21)에서 발생한 열을 제거한 후 냉매 배출구(4)를 통해 배출되게 된다.
그러나, 냉매 유입구(2)로부터 유입된 냉매는 유입구(2) 부위의 팩 케이스(10) 상에 형성되어 있는 음극 비드들(11)로 인해 냉매 유동이 크게 교란되어, 전지셀들(21)에 대한 균일한 유량 분배가 달성되기 어려운 문제점이 있다. 즉, 음극 비드(11)가 위치하는 곳에서 유입 덕트(12)의 폭이 일시적으로 좁아져, 그것의 하부에 위치한 전지셀들(21) 사이의 유로(22)로 흐르는 유량이 현저히 낮아지게 되고, 결과적으로 냉매가 음극 비드(11) 앞쪽으로 몰리는 경향이 발생한다.
도 3에는 도 1의 구조로 제작된 중대형 전지팩에서 셀 사이의 유량 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있는 바, 팩 케이스(10)의 음극 비드(11)가 위치한 부분(b1, b2, b3, b4, b5)의 셀 사이에서 유량(X)이 냉매유입구로부터 멀어져 갈수록 현격하게 적어지는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 각각의 전지셀들(21)에 냉매가 균일하게 공급되기 어려워, 전지셀들(21) 간의 온도차가 현저히 커지게 된다. 이와 같은 현격한 온도차는 전지팩 전체의 성능을 크게 저하시키는 주요 원인들 중의 하나이다.
이러한 냉매의 불균일한 분배로 인한 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 일본 특허출원공개 제2005-116342호에는, 냉매 유로에 다수의 정류판을 설치하여 냉매 흐름의 방향을 변경하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은, 기존의 제조 공정에 정류판을 설치하는 공정이 추가되므로 제조 원가가 상승하고, 정류판으로 인하여 전지팩 내부에서 신속한 냉매의 흐름이 방해받게 되어, 유입구로 유입된 냉매가 배출구로 나가는 평균 잔류시간이 길어지면서, 냉각 효과가 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 중대형 전지팩 케이스에 대한 다양한 실험들과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 전지팩 케이스에 형성된 비드를 외부로 돌출된 양각 구조로 형성할 경우, 외력에 대한 구조적 안정성의 감소를 최소화 하면서도 냉매의 유량 분배 균일성을 향상시킬 수 있어서, 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으 로 제거할 수 있고, 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는, 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트') 상에서, 상기 비드들은 냉매 유입구로부터 유체의 진행 방향으로 냉매가 균일하게 전지모듈 내부로 유입될 수 있도록 외부로 돌출된 양각 구조로 이루어져 있다.
유입 덕트의 외면에 상기와 같은 양각 구조를 가진 요철 형상의 비드가 형성되는 경우, 양각 구조의 비드에서 냉매의 와류가 발생하여 덕트 내 유동의 흐름을 부분적으로 교란시킬 수 있다, 그러나, 이러한 와류에 의한 유동 흐름의 부분적인 교란은 도 1과 같은 음각 구조의 비드로 인해 유발되는 냉매의 분배 불균일성에 비해 훨씬 작고, 오히려, 냉매 유입구 부근의 전지셀들에서 나타나는 냉매 집중 현상을 억제하는 효과도 발휘하는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는 외부로 돌출된 양각 비드 구조에 의해 팩 케이스의 기계적 강성을 효과적으로 유지하면서, 냉매 유입구로부 터 유체의 진행방향으로 냉매가 균일하게 전지모듈 내부로 유입될 수 있으며, 그에 따라, 전지셀의 충방전시에 발생한 열을 균일한 냉매의 유동에 의해 효과적으로 제거할 수 있으므로, 냉각 효율이 높아지고 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스에 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 자체를 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. 따라서, 적층된 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
상기 비드는 뒤틀림, 진동 등과 같은 외력에 대해 우수한 내구성 또는 구조적 안정성을 발휘할 수 있도록 전지팩 케이스에 형성되어 있다. 하나의 바람직한 예에서, 비드는 폭 대비 길이가 큰 요철 형상의 구조로 이루어져 있고, 이러한 비드들은 상호 평행한 배열 구조로 형성될 수 있다.
비드의 요철 깊이는 내구성 및 안정성을 확보하면서도 냉매의 흐름을 크게 방해하지 않도록, 바람직하게는 2 내지 5 mm이거나 또는 냉매 유입구 수직단면 높이 대비 10 내지 30%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 비드의 요철 깊이가 3 내지 4 mm이거나 또는 냉매 유입구의 수직단면 높이 대비 15 내지 25%일 수 있다. 비드의 요철 깊이가 너무 얕으면, 뒤틀림, 진동 등의 외력에 대한 내구성 및 안정성의 효과가 현저히 떨어지고, 반대로 너무 깊으면, 냉매의 흐름을 방해하여 전지팩의 냉각 성능이 감소될 수 있으므로, 바람직하지 않다.
하나의 바람직한 예에서, 냉매 유입구의 수직 단면적이 냉매 배출구의 수직 단면적보다 작은 구조로 이루어져 있는 바, 좁은 유입구를 통해 유입된 냉매는 빠른 유속에 의해 유입구에서 멀리 떨어진 전지셀까지 충분히 도달하여, 냉매의 유량이 동일한 조건에서 상대적으로 균일한 유량 분배 효과를 발휘한다.
본 발명의 출원자들이 실험적으로 확인한 바에 따르며, 상기 유입 덕트의 수직 높이가 배출 덕트의 수직 높이를 기준으로 55 내지 80%의 크기를 가진 구조로 형성되는 경우, 전지셀들 간 유로에 흐르는 냉매의 유량을 더욱 균일하게 할 수 있음을 확인하였다. 즉, 유입 덕트와 배출 덕트의 폭이 동일한 경우, 유입 덕트의 높이가 작아짐에 따라 유입 덕트의 유속이 상대적으로 빨라져서, 냉매 유입구 부근의 셀 사이로 유량이 집중되는 현상을 크게 억제할 수 있다.
상기에서 냉매의 유동을 방해하지 않는 비드 구조와 관련하여, 하나의 바람직한 예로서, 전지팩 케이스는 전지셀 적층방향에 대응하는 전지팩 케이스의 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 비드들은 전지셀의 폭방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기 유입 덕트 중, 냉매 유입구에 인접한 부위에는 비드가 형성되어 있지 않은 구조일 수 있다.
상기와 같은 비드 구조는 냉매 유입구에 가까운 부위에서 실질적으로 비드가 형성되어 있지 않은 구조를 의미한다. 냉매의 유동이 비드로부터 받는 영향은 냉매 유입구 부근에서 가장 크므로, 냉매 유입구로부터 소정의 간격만큼 떨어진 곳에 서부터 비드를 형성하면, 비드가 냉매의 유동에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
이와 같이 비드가 형성되어 있지 않은 상기 부위의 길이는 유입 덕트의 길이를 기준으로 10 내지 30%의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 부위의 길이가 너무 짧으면 비드 미형성 구조에 따른 효과를 발휘하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 길면 전지팩 케이스 전체의 내구성 및 구조적 안정성이 감소할 수 있으므로 바람직하지 않다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 전지팩 케이스는 전지셀 적층방향에 대응하는 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 비드들은 전지셀의 폭방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기 유입 덕트 중, 냉매 유입구에 인접한 부위에서 비드의 요철 깊이는 냉매 유입구 방향으로 순차적으로 줄어드는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조는, 전지팩 케이스의 구조적 안정성 저하를 최소화하면서 셀 사이의 유량 분배 균일성을 증가시키기 위해, 냉매 유입구쪽 비드의 깊이를 상대적으로 작게 하고, 냉매 유입구로부터 멀어지는 방향에서 순차적으로 비드의 깊이를 증가시키거나, 또는 소정의 깊이까지 순차적으로 증가시킨 후 다음 특정 비드부터 원래의 비드 깊이를 유지하는 구조 등을 모두 포함한다. 이 경우, 깊이가 변하는 비드의 개수는 비드 깊이 조정에 따른 전지팩 케이스의 구조적 강도 감소 정도에 따라 결정할 수 있다.
또한, 비드의 요철 깊이가 순차적으로 줄어드는 상기 부위의 길이는 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 범위가 바람직하다. 상기 부위의 길이가 너 무 짧은 경우, 비드의 깊이가 좁은 공간에서 상대적으로 큰 폭으로 증가하게 되므로, 소망하는 효과를 발휘하기 어려울 수 있다. 반대로, 상기 부위의 길이가 지나치게 긴 경우, 상기 부위의 내구성 및 안정성이 넓은 범위에서 감소할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 신속하고 원활하게 냉매 배출구로 이동하여 전지팩 외부로 배출될 수 있도록, 바람직하게는, 흡입 팬이 추가로 장착될 수 있다.
차량 등과 같은 외부의 충격에 많이 노출되는 중대형 전지팩의 특성상 소정의 구조적 강도를 확보할 수 있도록 유입 덕트상에 비드를 형성한 상태에서, 비드가 유량의 흐름에 미치는 영향을 최소화하는 또 다른 예로서 하기 구조를 고려할 수도 있다.
구체적으로, 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 유입 덕트 상에서 상기 비드로 인해 냉매의 유동 흐름이 방해받지 않도록, 상기 비드의 내부에 충진부재가 삽입되어 있거나, 또는 비드 하단부에 판상형 부재가 부가된 구조를 들 수 있다.
따라서, 상기 충진부재 또는 판상형 부재에 의해 비드 부위의 하단면이 편평한 형상을 가지게 되므로, 냉매의 유동 흐름이 비드의 형성에 의해 영향을 받지 않 게 된다.
본 발명은 또한 상기 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 중대형 전지팩을 제공한다.
본 명세서에서 사용된 용어 '전지모듈'은 둘 또는 그 이상의 충방전 전지셀들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 소형 전지모듈을 다수 개 연결한 대형 전지모듈의 구성도 가능하다.
따라서, 상기 전지모듈은 충방전이 가능한 다수의 판상형 전지셀들로 이루어질 수 있으며, 본 명세서에서 '판상형'은 폭 대비 길이가 상대적으로 큰 형상, 예를 들어, 직육면체 형상을 의미한다.
상기 전지셀은 이차전지로서, 대표적으로 니켈 금속수소 이차전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도가 높고 방전 전압이 큰 리튬 이차전지가 특히 바람직하다. 전지모듈을 구성하는 충방전 단위체로서는 형상 면에서는 각형 전지와 파우치형 전지가 바람직하며, 제조비용이 낮고 중량이 적은 파우치형 전지가 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지셀들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 전원에 특히 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 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 중대형 전지팩은 다수의 판상형 전지셀들(21')이 전기적 및 기계적으로 연결된 전지모듈(20')과, 이러한 전지모듈(20')이 장착되는 팩 케이스(10')로 구성되어 있다.
팩 케이스(10')는 전지셀(21')의 적층방향(a)에 대응하는 길이가 전지셀(21')의 폭방향(b)에 대응하는 길이보다 상대적으로 긴 형상으로 이루어져 있다. 또한, 전지셀 적층방향(a)에 수직한 방향으로, 냉매가 전지모듈(20')의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구(2')와 냉매 배출구(4')가 형성되어 있다.
전지모듈(20')의 전지셀들(21') 사이에는 냉매가 이동할 수 있는 작은 유로(22')가 형성되어 있어서, 냉매 유입구(2')로부터 유입된 냉매가 상기 유로(22')를 통해 이동하면서 전지셀(21')에서 발생한 열을 제거한 후 냉매 배출구(4')를 통해 배출되게 된다.
도 1에 개시되어 있는 전지팩 케이스(10)와의 차이점은, 유입 덕트(12')가 위치하는 팩 케이스(10')의 외면상에 외부로 돌출된 양각 비드(11')가 형성되어 있 다는 점이다. 유입 덕트(12') 외면에 양각 비드(11')가 형성되어 있음으로 인해, 도 1의 음각 비드(11)에 비해 냉매 유량 분배의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 5에는 도 4의 구조로 제작된 중대형 전지팩에서 셀 사이의 유량 분포를 측정한 결과가 도시되어 있다. 즉, 도 5에는 도 1의 중대형 전지팩에서 유량 분포를 측정한 결과(X)와, 도 4의 중대형 전지팩에서 유량 분포를 측정한 결과(Y)가 함께 도시되어 있다.
구체적으로, X의 유량차(x)와 Y의 유량차(y)를 비교하여 보면, Y의 유량차(y)는 냉매 유입구에 인접한 전지셀에서의 냉매의 유동이 양각 비드로 인해 그것의 영향을 최소화시킬 수 있으므로, X의 유량차(x)보다 적고, 따라서 냉매의 유량 분배 균일성이 향상됨을 알 수 있다.
도 6 내지 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면들이 모식적으로 도시되어 있다.
우선 도 6을 참조하면, 유입 덕트(12')의 수직 높이(a)는 배출 덕트(14') 수직 높이(b)의 약 65%로 형성되어 있어서, 전지셀들(21') 간 유로(22')에 흐르는 냉매의 유량 분포가 매우 균일해진다.
다음으로 도 7을 참조하면, 냉매 유입구에 인접한 소정의 부위(s)에서 유입 덕트의 길이(D)를 기준으로 약 25% 범위 내에는 양각 비드(11')가 형성되어 있지 않으므로, s 구간에 대응하는 전지셀 간 유로로 흐르는 유량 분배가 양각 비드(11')로 인해 영향을 받지 않는다.
끝으로 도 8을 참조하면, 전지팩 케이스(10')는 전지셀 적층방향(a)에 대응 하는 길이가 전지셀 폭방향(b)에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 양각 비드들(11')은 전지셀 폭방향(b)에 평행하게 형성되어 있으며, 유입 덕트(12') 중, 냉매 유입구(2')에 인접한 부위에서 양각 비드(11')의 요철 깊이는 냉매 유입구(2') 방향으로 순차적으로 줄어드는 구조(h1<h2<h3)로 이루어져 있다. 이러한 비드 구조로 인해 냉매 유량 분배의 균일성을 더욱 높일 수 있다.
도 9 및 도 10에는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 9에는 양각 비드(11')의 내부에 충진부재(16)가 삽입되어 있고, 도 10에는 양각 비드(11') 하단부에 판상형 부재(18)가 부가되어 있다. 따라서, 냉매의 유동 흐름이 양각 비드(11')에 의해 전혀 영향을 받지 않게 된다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는 외력에 대한 구조적 안정성을 확보하면서도 냉매의 유량 분배 균일성을 향상시킬 수 있어서, 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있고, 궁극적으로 전지 의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트') 상에서, 상기 비드들은 냉매 유입구로부터 유체의 진행 방향으로 냉매가 균일하게 전지모듈 내부로 유입될 수 있도록 외부로 돌출된 양각 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비드는 폭 대비 길이가 큰 요철 형상의 구조로 이루어져 있고, 다수의 비드들이 상호 평행한 배열 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비드의 요철 높이는 2 내지 5 mm이거나 또는 냉매 유입구 수직단면 높이 대비 10 내지 30%인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비드의 요철 높이는 3 내지 4 mm이거나 또는 냉매 유입구 수직단면 높이 대비 15 내지 25%인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유입 덕트의 수직 높이는 배출 덕트의 수직 높이를 기준으로 55 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 전지셀 적층방향에 대응하는 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 비드들은 전지셀의 폭방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기 유입 덕트 중, 냉매 유입구에 인접한 부위에는 비드가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 비드가 형성되어 있지 않는 상기 부위의 길이는 유입 덕트의 길이를 기준으로 10 내지 30%의 범위 내인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 전지셀 적층방향에 대응하는 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 비드들은 전지셀의 폭방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기 유입 덕트 중, 냉매 유입구에 인접한 부위에서 비드의 요철 높이는 냉매 유입구 방향으로 순차적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 비드의 요철 높이가 순차적으로 줄어드는 상기 부위의 길이는 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 범위 내인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 배출구로 이동할 수 있도록 흡입 팬이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  11. 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 요철 형상의 비드들이 팩 케이스에 형성되어 있으며, 유입 덕트 상에서 상기 비드로 인해 냉매의 유동 흐름이 방해받지 않도록, 상기 비드의 내부에 충진부재가 삽입되어 있거나, 또는 비드 하단부에 판상형 부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
  12. 제 1 항 또는 제 11 항에 따른 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 중대형 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지모듈은 충방전이 가능한 다수의 판상형 전지셀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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