KR101212369B1 - 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 팬 송풍 바람이 메인 프레임과 차단 프레임 간의 결합에 의해 형성되는 방열부의 냉각채널 뿐만 아니라 그 바람이 리튬 전지 유닛셀에 직접적으로 가해질 수 있도록 메인 프레임의 측부에 개방구조를 형성함으로써 방열효율을 극대화하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은, 방열부와 창문형 통로를 갖는 메인 프레임 및 차단 프레임의 수평방향 격간 배치에 의해 수용된 리튬 전지 유닛셀에 대한 냉각채널이 제공되어지고, 냉각 팬의 송풍 바람이 냉각채널과 창문형 통로를 거치면서 리튬 전지 유닛셀을 냉각시키도록 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 있어서,
메인 프레임의 측부에 냉각 팬의 송풍 바람이 수용된 리튬 전지 유닛셀로 직접 통하도록 하는 유로 홈을 형성하여, 차단 프레임과의 격간 배치시 제 2의 냉각채널이 구성되도록 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 메인 프레임 측면의 유로 홈 형성에 의해 팬의 송풍력이 최단경로로 리튬 전지 유닛셀에 직접 가해지기 때문에 냉각효율이 종래에 비해 현저하여 전지의 내부 안정성이 좋아지는 장점이 있다.
리튬 전지, 프레임, 냉각 팬, 유로 홈, 냉각채널, 제 2의 냉각채널

Description

리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조 { Cooling structure of lithium ion secondary battery system }
도 1은 종래의 파우치형 리튬 2차 전지의 구조를 도시한 평면 구성도.
도 2는 도 1의 파우치형 리튬 2차 전지를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개하여 확대 도시한 단면도.
도 3은 종래의 또 다른 실시예의 리튬 전지 유닛셀의 사시도.
도 4는 도 3에서 리튬 전지 유닛셀을 지지하는 프레임 부재의 횡방향 격간 배치구조를 설명하는 분리 사시도.
도 5는 도 4에서 리튬 전지 유닛셀에 대한 프레임 부재의 배치상태 사시도.
도 6은 도 5에서 격간 배치상태의 리튬 전지 프레임 부재에 커버가 덧씌워진 상태를 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 평단면도.
도 8은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지용 프레임의 냉각구조를 도시한 일 실시예의 사시도.
도 9는 본 발명이 적용된 상태를 도시한 일 실시예의 측면도.
도 10은 본 발명이 적용된 상태를 도시한 다른 실시예의 측면도.
도 11은 본 발명이 적용된 상태를 도시한 또 다른 실시예의 측면도.
도 12는 종래와 본 발명의 냉각효율을 실험 비교한 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지용 프레임의 냉각구조를 도시한 다른 실시예의 사시도.
도 14는 도 13의 메인 프레임이 적용된 실시예의 측면도.
도 15 내지 도 17은 각각 도 13의 V-V 선에 따른 유로 홈 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 18 내지 도 20은 각각 도 15 내지 도 17의 유로 홈 단면에 대응하는 냉각채널들에 대한 냉각효율을 실험 비교한 그래프.
도 21 내지 도 23은 각각 도 15 내지 도 17의 유로 홈 단면에 대응하는 제 2의 냉각채널들에 대한 냉각효율을 실험 비교한 그래프.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
31: 리튬 전지 유닛셀, 41: 메인 프레임,
41a: 방열부, 41b, 42b: 창문형 통로,
41c, 41d: 유로 홈, 42: 차단 프레임,
43: 냉각채널, 44: 제 2의 냉각채널
44a, 44b, 44c: 제 2의 냉각채널
50: 리튬 2차 전지 시스템 51: 커버
52: 냉각 팬 53: 흡기구
54: 배기구
S41, S41': 유로 홈의 단면
본 발명은 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각 팬 송풍 바람이 메인 프레임과 차단 프레임 간의 결합에 의해 형성되는 방열부의 냉각채널 뿐만 아니라 그 바람이 리튬 전지 유닛셀에 직접적으로 가해질 수 있도록 메인 프레임의 측부에 개방구조(유로 홈)를 형성함으로써 방열효율을 극대화하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 관한 것이다.
일반적으로, 1차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 2차 전지는 디지털카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 2차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 2차 전지를 들 수 있다. 이 중에서 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수 개 내지 수십 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안 전성도 우수하고, 무게도 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 파우치형 리튬 2차 전지(10)는 전지부(11)와, 이 전지부(11)가 수용되는 공간(12a)을 제공하는 케이스(12)를 포함하고 있다.
전지부(11)는 양극판(11a), 세퍼레이터(11c), 음극판(11b)이 적층된 형상이다. 전지부(11)의 각 극판은 양극 및 음극탭(13 및 14)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 양극 및 음극판(11a 및 11b)의 일단부는 케이스(12)의 밀폐면(12b)을 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 양극 및 음극탭(13 및 14)의 일단부는 도시되지 않은 보호 회로기판의 단자와 접속된다.
양극 및 음극탭(13 및 14)의 외면에는 밀폐면(12b)과 접촉하는 부분에서 케이스(12)와 전극탭들(13 및 14)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각 밀폐 테이프(15)가 감겨져 있다.
이러한 케이스(12)는 후막의 금 소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다. 이러한 케이스(12)에는 상술한 바와 같이 전지부(11)가 수용가능한 공간부(12a)가 형성되어 있으며, 공간부(12a)의 가장자리를 따라서 열융착되는 면에 제공하는 밀폐면(12b)이 형성되어 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개하여 확대 도시한 도면이다.
또한 케이스(12)는 금속 호일, 이를테면 알루미늄 호일로 된 중간층과, 중간층의 내면 및 외면에 부착되어서 중간층을 보호하는 절연성 필름으로 된 내피층과 외피층으로 이루어진 복합필름이다.
케이스(12) 내에 형성된 공간(12a)에는 양극판(11a), 세퍼레이터(11c), 음극판(11b) 순으로 배치된 전지부(11)가 수용되어 있으며, 양극 및 음극판(11a 및 11b)으로부터는 도 1에서처럼 양극탭(13)과 음극탭(14)이 인출되어져 있다. 인출된 전극탭(13, 14)의 단부는 케이스(12)의 밀폐면(12b)을 통하여 외부로 노출되어 있으며, 밀폐면(12b)에서는 전극탭(13, 14)의 외면에 밀폐 테이프(15)가 감싸져 있다.
상술한 구조를 가지는 파우치형 리튬 2차 전지(10)는 양극판(11a)과 음극판(11b)에 양극 및 음극탭(13 및 14)을 전기적으로 연결한 다음 양극판-세퍼레이터-음극판(11a-11c-11b)의 순서로 배치한 상태에서 일방향으로 와인딩하여 전지부(11)를 완성하게 된다.
완성된 전지부(11)는 드로잉(drawing) 공정을 통하여 공간(12a)이 마련된 케이스(12) 내에 실장되고, 실장시 각 전극탭(13 및 14)의 일단부는 케이스(12)의 외부로 노출시킨다. 이와 같은 상태에서 케이스(12)의 밀폐면(12b)에 소정의 열과 압력을 인가하여 열융착하여서 파우치형 리튬 2차 전지(10)를 완성하게 된다.
완성된 파우치형 리튬 2차 전지(10)는 전지 구조를 안정화시키기 위하여 충전, 에이징, 방전등 일련의 화성 공정(formation process)을 거쳐서 전지의 이상 유무를 선별하게 된다.
한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에는 도 1 및 도 2에 도시된 파우치를 수십에서 수백 개 적층하여 이를 직렬 연결하여 고전압을 얻게 된다.
이러한 파우치형 리튬 폴리머 전지는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있는 연약한 알루미늄 파우치로 구성되어 있어 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있는데, 본 출원인은 이러한 과제를 감안하여 특허출원 제2005-24172호를 통해 바람직한 실시예를 제안한 바 있다.
위 문헌에 대한 기술사항을 언급하면, 도 3에 도시된 바와 같이 리튬 전지 유닛셀(31)을 그 내부에 리튬 2차 전지 구조를 포함하는 파우치(34)와, 그 파우치(34)의 일면에 선반형으로 형성된 한 쌍의 양극탭(32) 및 음극탭(33)으로 형성하되, 그 전극탭(32 및 33)의 각 끝단은 서로 반대방향으로 구부러진 형상을 갖는다.
이러한 전극탭(32, 33)을 갖는 리튬 전지 유닛셀(31)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 수직으로 나란히 세워진 상태를 유지하고 열을 방출하는 각 리튬 전지 유닛셀(31)의 온도를 떨어뜨리고 원활한 방열을 이루기 위해 별도의 프레임 부재들이 구성되는데, 이러한 프레임 부재는 리튬 전지 유닛셀(31)을 수용할 수 있는 공간부 상에 창문형 통로(41b)를 갖는 메인 프레임(41)과, 메인 프레임(41)간의 격벽의 역할로써 그 통로에 대응되는 창문형 통로(42b)를 갖는 차단프레임(42)으로 구성되고, 횡방향으로 교대로 나란히 배치되는 격간 구조를 갖는다.
또한 메인 프레임(41)의 상부에는 리튬 전지 유닛셀(31)의 수용을 위한 공간폭보다 훨씬 작은 박판 형태의 방열부(41a)가 형성되고, 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)의 적층 결합(격간 배치)에 의해 메인 프레임(41)의 방열부(41a)에 대응하여 공기가 통할 수 있는 구조의 냉각채널(43)이 이루어진다.
도 6 및 도 7은 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)의 적층 결합상태에서 커버(50)가 덧씌워진 구성을 나타낸 것으로서, 흡기구(53)에 냉각 팬(52)이 편심 상태로 설치되고, 그 냉각 팬(52)의 송풍 바람은 커버(51)에 의해 구획된 공간 내에서 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)의 방열부(41a), 즉 냉각채널(43)을 통해 창문형 통로(41b)(42b)를 거침으로써 수용된 리튬 전지 유닛셀(31)을 냉각하고, 커버(51) 후방의 배기구(54)를 통해 빠져나가도록 되어 있다.
그러나, 냉각 팬의 송풍 바람은 메인 프레임과 차단 프레임의 상단부에 형성된 방열부의 냉각채널을 통해 창문형 통로를 거치기 때문에 송풍의 동선이 길어 실질적으로 리튬 전지 유닛셀에 대한 방열효율이 그다지 높지 못하였다.
본 발명은 상술한 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로 그 목적은, 냉각 팬 송풍 바람이 메인 프레임과 차단 프레임 간의 결합에 의해 형성되는 방열부의 냉각채널 뿐만 아니라 그 바람이 리튬 전지 유닛셀에 직접적으로 가해질 수 있도록 메인 프레임의 측부에 유로 홈과 같은 개방구조를 형성함으로써 방열효율을 극대화하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조를 제공함에 있다.
또한 본 발명은 방열효율을 보다 더 높이기 위하여, 프레임 측부의 개방구조를 테이퍼진 형상으로 한정함을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 방열부와 창문형 통로를 갖는 메인 프레임 및 차단 프레임의 수평방향 격간 배치에 의해 수용된 리튬 전지 유닛셀에 대한 냉각채널이 제공되어지고, 냉각 팬의 송풍 바람이 냉각채널과 창문형 통로를 거치면서 리튬 전지 유닛셀을 냉각시키도록 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 있어서, 메인 프레임의 양 측부에 각각 냉각 팬의 송풍 바람이 수용된 리튬 전지 유닛셀로 직접 통하는 한 쌍의 유로 홈을 형성하여, 한 쌍의 유로 홈을 연결하는 제 2의 냉각채널이 구성되어짐을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 프레임의 냉각구조를 제공한다.
본 발명에 있어서, 유로 홈은 메인 프레임의 측부의 중심선을 기준으로 일측에 형성되고, 이때 유로 홈은 일정한 간격으로 2개 이상 형성되고 또한 지그재그 형태로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 유로 홈은 메인 프레임의 측부의 중심선상에 형성되고, 덧붙여 제 2의 냉각채널의 길이 방향을 따라 제 2의 냉각채널의 중심을 향하여 점차로 좁아지는 테이퍼 형상의 단면을 구비함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 유로 홈은 제 2의 냉각채널의 길이 방향을 중심으로 대칭 또는 비대칭을 이루는 테이퍼 형상의 단면을 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 기술한다.
제 1 실시예
도 8은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지 시스템용 메인 프레임의 냉각구조를 도시한 일 실시예의 사시도이다.
본 발명을 이루기 위한 핵심적 사항은 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)에 의해 수용된 리튬 전지 유닛셀(31)의 냉각을 보다 빠르고 효율적으로 진행시키도록 하는 방안을 제시하는 것으로서, 도 6에서 냉각 팬(52)의 송풍 위치가 냉각 커버(51) 내에서 횡방향 격간 배치를 이루는 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)의 측방인 것을 고려하여, 메인 프레임(41)의 측부에, 수용된 리튬 전지 유닛셀(31)로 냉각 팬(51)의 송풍 바람이 직접 통하도록 하는 유로 홈(41c)을 메인 프레임의 측부의 수직 중심선을 기준으로 그 일측에 형성한다.
이러한 유로 홈(41c)을 갖는 메인 프레임(41)은 도 9에 도시된 바와 같이, 차단 프레임(42)과의 횡방향 격간 배치시 프레임 상부측의 냉각채널(43)로부터 독립되는 제 2의 냉각채널(44)을 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 유로 홈(41c)은 도 10에 도시된 바와 같이, 메인 프레임(41)의 측면에 일정 등간격을 가지면서 서로 대칭형태로 2개 이상 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 유로 홈(41c)은 도 11에 도시된 바와 같이, 메인 프레임(41)의 측면에 일정한 간격을 유지하면서 지그재그 형태로 다수 형성할 수 있다.
한편, 위에서 기술된 본 발명의 유로 홈(41c)은 메인 프레임의 양 측부에 각각 한 쌍으로 형성되어야 한다.
도 12는 종래와 유로 홈이 형성된 본 발명의 냉각효율을 실험 비교한 그래프이다.
도 12를 보면 본 발명의 냉각효율의 탁월함이 인지된다. 즉 종래 유로 홈이 형성되지 않은(side closed) 비교군들은 시간대비 35.6 ~ 39.6℃의 온도범위를 이루는 반면 측면 유로 홈을 갖는 본 발명은 동일한 조건에서 31.4 ~ 32.0℃의 온도범위를 이루고 있으므로, 냉각효율이 종래와 비교할 수 없을 만큼 지대함을 알 수 있다.
제 2 실시예
다음으로, 도 13은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지용 프레임의 냉각구조를 도시한 다른 실시예의 사시도이고, 도 14는 도 13의 메인 프레임이 적용된 실시예의 측면도이다.
도 13 및 도 14에 도시된 메인 프레임(41)은 한 쌍의 유로 홈(41d)이 측부의 중심선상에 형성된 점을 제외하고는 도 8에 도시된 메인 프레임(제 1 실시예 참조)의 구조와 실질적으로 동일하고 또한 차단 프레임은 제 1 실시예와 동일하므로, 이에 유로 홈(41d)을 제외한 잔여부에 관한 설명은 생략하기로 한다.
이 실시예에서, 한 쌍의 유로 홈(41d)은 메인 프레임(41)의 양 측부에서 그 중심선상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 제 1 실시예의 경우 메인 프레임(41)과 차단 프레임(42)의 격간 배치에 의해 그 사이에 제 2의 냉각채널이 형성되던 것과는 달리, 제 2 실시예의 경우 메인 프레임(41)의 중심에 유로 홈(41d)이 형성되므로, 차단 프레임과 별개로 제 2의 냉각채널(44)이 형성될 수 있다.
또한, 이러한 한 쌍의 유로 홈(41d)에 대응하여 메인 프레임의 창문형 통로가 형성될 수 있다. 즉, 메인 프레임(41)의 양 측부에 형성된 한 쌍의 유로 홈(41d) 사이는 상대적으로 큰 창문형 통로(41b')가 형성됨으로써 제 2의 냉각채 널(44)을 효과적으로 구성할 수 있다.
참고로, 제 2 실시예에서, 제 2의 냉각채널(44)을 구성하는 한 쌍의 유로 홈(41d)의 위치 및 형상은 메인 프레임의 양 측부의 하단 부분에서 소정 크기로 형성된 예가 도시되고 있으나, 이는 한 실시예일 뿐으로 본원발명이 이로 한정되지 않는다는 점에 유의한다. 즉, 제 2 실시예와 달리 한 쌍의 유로 홈이 메인 프레임의 양 측부에 다수 형성되거나 또는 유로 홈 각각의 크기가 제 2 실시예의 경우보다 더 크게 형성되거나 더 적게 형성될 수 있으며, 결국 본원발명의 특징에 따른 유로 홈의 위치 및 형상이 도 13 및 도 14에 도시된 바에 의해 한정되지 않는다는 점에 유의한다.
다음으로, 도 15 내지 도 17은 각각 본 발명에 따라 메인 프레임(41)의 양 측부에 구성되는 한 쌍의 유로 홈과 이들 유로 홈을 연결하는 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)의 수평 단면을 모식적으로 도시한 것이다.
예컨대, 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)은 한 쌍의 유로 홈(41d) 및 이들 유로 홈들 사이의 공간(예컨대, 창문형 통로(41b))으로 구성되며, 이때 공간의 양 측면은 메인 프레임의 양면에 수용되는 리튬 전지 유닛셀의 파우치(34; 도 4 참조)로 채워져 결과적으로 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)이 구성된다.
또한, 도 18 내지 도 20은 각각 도 15 내지 도 17에 도시된 단면의 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)을 구비한 경우에 있어서, 냉각채널(43; 또는 메인채널) 을 통해 각 채널들에 대한 송풍량을 시뮬레이션한 결과의 그래프이고, 그리고 도 21 내지 도 23은 각각 도 15 내지 도 17에 도시된 단면의 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)을 구비한 경우에 있어서, 제 2의 냉각채널(44; 또는 사이드 채널)을 통해 각 채널들에 대한 송풍량을 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.
참고로, 이러한 시뮬레이션은 총 56개의 전지 셀이 적층된 경우를 기준으로 실시되었으며, 이에 냉각채널(메인채널)은 56개, 그리고 제 2의 냉각채널(사이드 채널)은 28개를 기준으로 그 결과가 도시되었음에 유의한다.
이들 도면 등을 참고하여, 격간 배치로 인하여 형성되는 다수의 냉각채널들(제 2의 냉각채널들 포함)에 대하여 보다 효과적인 균일한 냉각을 가져올 수 있는 제 2의 냉각채널의 단면 형상(유로 홈 형상)을 설명한다.
도 15는 메인 프레임(41)의 양 측부에 형성된 유로 홈이 서로 평행한 두 개의 단면들(S41)을 갖는 일반적인 형태를 도시하며, 이러한 형태를 갖는 제 2의 냉각채널(44a)은 이하에서 '일반형'으로 칭한다. 도 16은 메인 프레임(41)의 양 측부에 형성된 유로 홈이 경사진 형태의 단면들(S41')을 갖고 제 2의 냉각채널(44b)의 중심을 향한 방향으로 유로 홈의 단면이 점차로 좁아지는 형상(테이퍼 형상)을 도시하며, 이러한 형태를 갖는 제 2의 냉각채널(44b)은 이하에서 'X형'으로 칭한다. 그리고, 도 17은 메인 프레임(41)의 양 측부에 형성된 유로 홈이 냉각 채널의 길이 방향에 평행한 단면(S41) 및 냉각채널의 중심을 향한 방향으로 좁아지게 경사진 단면(S41')을 갖고 형성되며, 이러한 형태를 갖는 제 2의 냉각채널(44c)은 이하에서 'D형'으로 칭한다. 참고로, D형 냉각채널에서 유로 홈의 단면들(S41, S41') 중 경사면(S41')이 공기의 공급방향을 기준으로 선행한다.
X형 냉각채널(44b)과 D형 냉각채널(44c)은 모두 테이퍼진 단면을 갖는다는 점에서 유사한 형태이지만, 기본적으로 D형 냉각채널(44c)은 방향성(공기의 공급 방향에 대한 방향성)을 갖는다는 점에서 X형 냉각채널(44b)과 차이를 보여줄 수 있다.
또한, 제 2의 냉각채널이 구비되지 않은 리튬 2차 전지 시스템과 일반형(44a; 도 15 참조), X형(44b; 도 16 참조) 그리고 D형(44c; 도 17 참조)의 유로 홈에 의한 제 2의 냉각채널들을 구비한 리튬 2차 전지 시스템에 대하여, 각각의 압력 강하의 결과를 비교하면, 아래의 표 1과 같다.
시스템 구분 유로 홈의 형태 압력 강하 (Pa)
유로 홈 없음 - 59.5
유로 홈 있음 일반형 47.6
X형 45.7
D형 45.1
표 1에 도시된 것처럼, D형 단면의 유로 홈이 적용되어 제 2의 냉각채널이 구비된 경우에서 가장 낮은 압력 강하가 발생함을 확인할 수 있다. 그러나, 이러한 D형 유로 홈 단면은 공기의 공급방향에 대하여 방향성(예컨대, 그 반대 방향으로 공기가 공급되는 경우 그 효율이 다르게 나타날 수 있다.)을 갖기 때문에, 실제 시스템을 구축하는 형태는 X형 단면의 유로 홈(도 16 참조)을 이용하여 구성하는 것이 더욱 바람직함을 알 수 있다.
참고로, 도 18 내지 도 23은 공통적으로, 리튬 2차 전지 시스템의 흡기구(도 6의 53 참조)의 초기 넓이(Win , ini)는 50 ㎜로, 흡기구의 최종 넓이(Win , final)는 50 ㎜로, 배기구(도 6의 54 참조)의 초기 넓이(Wout , ini)는 50 ㎜로, 그리고 배기구의 최종 넓이(Wout , final)는 50 ㎜로 설계되고, 총 56개의 전지 셀이 적층된 셀 적층체가 구비되고, 이 시스템에 대한 전체 유량(total flow rate)은 1680 LPM으로 설정되어 시뮬레이션 된 것이다.
또한, 제 2의 냉각채널(사이드 채널)에 관한 도 21 내지 도 23의 경우 제 2의 냉각채널의 단면 형상에 따라 서로 다른 결과가 도시되며, 이는 제 2의 냉각채널의 단면 형상에 의해 그 효과가 달라질 수 있음을 나타내는 것이다. 한편, 냉각채널(메인채널)에 관한 도 18 내지 도 20의 경우, 비록 냉각채널들(43)이 동일한 단면으로 구성되고 있으나 그 하부에 형성된 제 2의 냉각채널들(44a, 44b, 44c)의 형상이 다름에 따라 역시 다른 결과로 나타나며, 이는 제 2의 냉각채널의 단면 형상에 의해 그 상부에 위치한 냉각채널을 통과하는 송풍량이 영향을 받는다는 점을 보여준다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 파우치형 리튬 2차 전지(리튬 전지 유닛셀)를 프레임 부재(예컨대, 메인 프레임 및 차단 프레임)를 이용하여 수용 적층하는 경우에, 해당 리튬 전지 유닛셀에 대한 방열을 효과적으로 도모하기 위하여 기존의 냉각채널에 덧붙여 리튬 전지 유닛셀로 직접 송풍 공기를 안내하는 메인 프레임 측부의 제 2의 냉각채널(예컨대, 본 발명의 특징에 따라, 메인 프레임의 양 측부의 한 쌍의 유로 홈에 의해 형성된다)을 제공하고, 또한 제 2의 냉각채널의 양단에서 유로 홈의 단면(수평 단면)을 특정한 형상, 예컨대 X형 단면으로 한정함으로서 그 냉각효율을 크게 향상함을 주된 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되지 않음은 물론이며, 청구범위에 정의된 본 발명의 사상을 본질적으로 변경하는 것이 아닌 한, 서술된 본 발명의 바람직한 실시예들의 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명한 사실임을 밝힌다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 메인 프레임 측면에 한 쌍의 유로 홈을 형성함에 의해 냉각 팬의 송풍력이 최단경로로 직접 리튬 전지 유닛셀에 가해지기 때문에 유로 홈이 없던 종래에 비해 냉각효율이 현저하게 증가하여 전지의 내부 안정성이 좋아지는 장점이 있다. 또한, 유로 홈의 단면을 테이퍼진 형상으로 한정함으로써 냉각효율을 더욱 높이는 이점을 갖는다.

Claims (8)

  1. 방열부와 창문형 통로를 갖는 메인 프레임 및 차단 프레임의 수평방향 격간 배치에 의해 수용된 리튬 전지 유닛셀에 대한 냉각채널이 제공되어지고, 냉각 팬의 송풍 바람이 상기 냉각채널과 창문형 통로를 거치면서 리튬 전지 유닛셀을 냉각시키도록 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조에 있어서,
    상기 메인 프레임의 양 측부에 각각 냉각 팬의 송풍 바람이 수용된 리튬 전지 유닛셀로 직접 통하는 한 쌍의 유로 홈을 형성하여, 상기 한 쌍의 유로 홈을 연결하는 제 2의 냉각채널이 구성되어짐을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 프레임의 냉각구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 유로 홈은 상기 메인 프레임의 측부의 수직 중심선을 기준으로 일측에 형성되고, 상기 메인 프레임과 차단 프레임의 격간 배치시 제 2의 냉각채널이 구성됨을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 한 쌍의 유로 홈은 일정한 간격으로 다수 형성됨을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  4. 제 3항에 있어서, 다수 쌍의 유로 홈이 지그재그 형태로 구성됨을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 유로 홈은 상기 메인 프레임의 측부의 수직 중심선상에 형성되어 제 2의 냉각채널을 구성함을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 한 쌍의 유로 홈은 상기 제 2의 냉각채널의 길이 방향을 따라 서로를 향하여 점차로 좁아지는 테이퍼 형상의 단면을 구비함을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 메인 프레임의 한 쌍의 유로 홈 각각은 상기 제 2의 냉각채널의 길이 방향을 중심으로 대칭을 이루는 테이퍼 형상의 단면을 구비함을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 메인 프레임의 한 쌍의 유로 홈 각각은 상기 제 2의 냉각채널의 길이 방향을 중심으로 비대칭을 이루는 테이퍼 형상의 단면을 구비함을 특징으로 하는 리튬 2차 전지 시스템의 냉각구조.
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