KR101293971B1 - Cooling Member of Improved Cooling Efficiency and Battery Module Employed with the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 쌍 또는 그 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;을 포함하고 있고, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향으로 만입홈이 형성되어 있고, 상기 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 이루어진 냉각부재를 제공한다. The present invention is a battery cell that is mounted on the upper or lower portion of the battery module or a plurality of unit modules consisting of a pair or more of the battery cells are arranged side by side or the battery pack is charged or discharged A cooling member for removing the heat generated from the heat conducting medium consisting of an upper plate and a lower plate located on the top or bottom of the battery module or battery pack and separated; And a hollow structure in which the refrigerant flows therein, the first conduit mounted between the upper plate and the lower plate, and the first conduit connected to the first conduit and positioned at the front and / or rear of the battery module or the battery pack. Refrigerant conduit consisting of two conduits; wherein the first plate is mounted in the upper plate and the lower plate is formed with an indentation groove in the longitudinal direction of the heat conducting medium, the interface between the plate and the first conduit It provides a cooling member made of a shape that can be in surface contact even when the dimension error between the first conduit and the first conduit.
Description
본 발명은 냉각 성능이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 한 쌍 또는 그 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 제 1 도관과 연결되어 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;을 포함하고 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향으로 만입홈이 형성되어 있고, 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 이루어진 냉각부재에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling member having an improved cooling performance and a battery module including the same. More particularly, a battery module or a plurality of batteries in which a plurality of unit modules consisting of a pair or more battery cells are arranged side by side Cooling member mounted on the top or bottom of the battery pack is arranged side by side to remove the heat generated from the battery cell during charging and discharging, the heat conducting medium consisting of a top plate and a bottom plate separated up and down; And a refrigerant conduit including a first conduit mounted between the upper plate and the lower plate, and a second conduit connected to the first conduit, wherein the first conduit is mounted on the upper plate and the lower plate. An indentation groove is formed in the longitudinal direction of the heat conduction medium, and the interface between the plate and the first conduit relates to a cooling member having a shape that can be in surface contact even when a dimension error occurs between the plate and the first conduit.
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), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
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.In a small mobile device, one or two or more battery cells are used per device, while a middle- or large-sized battery module such as an automobile is used as a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected due to the necessity of a large-
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 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.Since the middle- or large-sized battery module is preferably manufactured in a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, and the like, which can be charged with a high degree of integration and have a small weight to capacity ratio, are mainly used as the battery cells of the middle- or large-sized battery modules. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.Since the battery cells constituting the medium-large battery module are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat during the charging and discharging process. Particularly, since the laminate sheet of the pouch-type battery widely used for the battery module has a surface coated with a polymer material having low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the temperature of the entire battery cell.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 중대형 전지모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 전지팩이나 전력저장 장치용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation may occur, thereby accelerating the deterioration of the battery module and possibly causing ignition or explosion. Therefore, a medium-large battery pack for a vehicle including a plurality of medium-large battery modules and a high-output large-capacity battery or a medium-large battery pack for a power storage device requires a cooling system for cooling the battery cells embedded therein.
따라서, 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 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하여 단위모듈을 구성하고 이러한 단위모듈들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 전지모듈의 제작에서 카트리지를 사용하면, 기계적 강성이 높아지는 장점이 있지만, 전지모듈 전체의 크기가 커지게 되는 단점이 있다.Therefore, a battery module mounted in a medium-large battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of battery cells with high density, and stacking adjacent battery cells at regular intervals to remove heat generated during charging and discharging. . For example, the battery cells themselves are sequentially stacked while being spaced at predetermined intervals without a separate member, or in the case of battery cells having low mechanical rigidity, one or more combinations are built in a cartridge or the like to form a unit module and such a unit. A plurality of modules can be stacked to form a battery module. Using the cartridge in the manufacture of the battery module has the advantage of increasing mechanical rigidity, but has the disadvantage of increasing the size of the entire battery module.
또한, 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매용 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.In addition, the coolant flow path is formed between the battery cells or the battery modules so that heat accumulated between the stacked battery cells or the battery modules can be effectively removed.
상기 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 특히, 냉매 도관과 열전도 매개체의 계면이 원형인 구조가 주로 사용되고 있다.In the case where the cooling structure is a water-cooled cooling system, in particular, a structure having a circular interface between the refrigerant conduit and the heat conduction medium is mainly used.
그러나, 상기 구조의 냉매 도관 제조시 가공 정밀도가 낮거나 형상 오차가 발생하여 냉매 도관이 정 치수보다 작거나 큰 경우, 열전도 매개체와의 완전한 밀착을 달성하지 못하게 되어, 냉매 도관의 냉각열이 열전도 매개체에 국부적으로 전달되므로, 열전도 매개체와 연결된 전지모듈의 냉각 성능이 감소되는 문제점이 있다.However, when manufacturing the refrigerant conduit of the above structure, the processing precision is low or the shape error occurs, if the refrigerant conduit is smaller or larger than the normal dimension, it is not possible to achieve a close contact with the heat conducting medium, the cooling heat of the refrigerant conduit is a heat conducting medium Since it is locally delivered to, there is a problem that the cooling performance of the battery module connected to the heat conduction medium is reduced.
이와 관련하여, 도 1을 참조하면, 단면이 원형으로 형성되어 있는 냉매 도관이 열전도 매개체의 상부에 위치하고 있다. 도 1(a)와 같이 냉매 도관(40a)이 치수 및 형상오차가 발생하지 않는 경우에는 열전도 매개체(46)와 냉매 도관(40a)이 이상적인 면접촉을 달성하고 있다.In this regard, referring to FIG. 1, a refrigerant conduit having a circular cross section is located above the heat conducting medium. As shown in FIG. 1A, when the
그러나, 도 1(b)와 같이 냉매 도관(40a)이 정 치수보다 작은 경우에는 열전도 매개체(46)와 냉매 도관(40a)이 수직 단면상으로 일점(a)에서 점접촉 하게 되고, 도 1(c)와 같이 냉매 도관(40b)이 정 치수보다 큰 경우에는 열전도 매개체(46)와 냉매 도관(40b)이 수직 단면상으로 이점(b)에서 점접촉하게 된다. 이러한 수직 단면상의 점접촉은 입체적인 측면에서도 선접촉 만을 이루게 되므로, 냉매 도관들(40b, 40c)의 냉각 열이 열전도 매개체(46)의 선접촉 부위로만 전도 방식으로 전달되어, 열전도 매개체(46)가 장착되어 있는 전지모듈(도시하지 않음)의 냉각 성능이 현저히 저하되는 문제점이 있다.However, when the
따라서, 냉매 도관의 제조시 치수 또는 형상 오차가 발생하더라도, 냉매 도관과 열전도 매개체의 밀착을 용이하게 달성하여, 냉각 성능을 향상시키는 냉각부재 및 이를 이용하는 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, even when a dimension or shape error occurs in the manufacture of the refrigerant conduit, there is a very high need for a cooling member and a battery module having excellent safety using the same, by easily achieving close contact between the refrigerant conduit and the heat conducting medium, thereby improving cooling performance. to be.
이와 관련하여 본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록, 만입홈이 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에 열전도 매개체의 길이 방향으로 형성되어 있고, 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 구성함으로써, 상부 플레이트 및 하부 플레이트와 제 1 도관의 밀착을 용이하게 달성하여 전지모듈의 냉각 성능을 향상시키는 냉각부재를 제공하는 것이다.In this regard, an object of the present invention, in order to solve the above problems, an indentation groove is formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in the upper plate and the lower plate in the site where the first conduit is mounted, the interface between the plate and the first conduit The silver plate and the first conduit have a shape that can be in surface contact even when a dimension error between each other, thereby providing a cooling member to easily achieve the close contact between the upper plate and the lower plate and the first conduit to improve the cooling performance of the battery module. It is.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각부재는, 한 쌍 또는 그 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, The cooling member according to the present invention for achieving the above object is a battery pack or a plurality of battery modules are arranged side by side of a plurality of unit modules consisting of a pair or more battery cells of the battery pack Cooling member mounted on the upper or lower part to remove heat generated from the battery cell during charging and discharging,
전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및A heat conduction medium formed of an upper plate and a lower plate disposed on an upper side or a lower side of the battery module or the battery pack and separated from each other; And
냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;A hollow structure in which the refrigerant flows therein, the first conduit mounted between the upper plate and the lower plate, and the second conduit connected to the first conduit and positioned on the front and / or rear of the battery module or the battery pack. A refrigerant conduit consisting of conduits;
을 포함하고 있고, Lt; / RTI >
상기 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향으로 만입홈이 형성되어 있고, 상기 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 이루어져 있다. Indentation grooves are formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in the upper plate and the lower plate at the site where the first conduit is mounted, and the interface between the plate and the first conduit is in surface contact when a dimension error occurs between the plate and the first conduit. It consists of shapes that can be.
따라서, 본 발명에 따른 냉각부재는 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향으로 만입홈이 형성되어 있고, 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 구성됨으로써, 제 1 도관과 열전도 매개체의 밀착성을 향상시켜, 궁극적으로 높은 냉각 효율성을 제공할 수 있다.Therefore, in the cooling member according to the present invention, an indentation groove is formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in a portion where the first conduit is mounted on the upper plate and the lower plate, and the interface between the plate and the first conduit is between the plate and the first conduit. By having a shape that can be in surface contact in the event of a dimensional error of the, it is possible to improve the adhesion between the first conduit and the heat conduction medium, ultimately to provide a high cooling efficiency.
또한, 열전도 매개체가 상부 플레이트와 하부 플레이트로 상하 분리되어 있으므로, 하부 플레이트 상에 제 1 도관을 장착한 후 상부 플레이트를 이들의 상면에 덮음으로써 상호간의 결합을 용이하게 달성할 수 있다.In addition, since the heat conducting medium is vertically separated into the upper plate and the lower plate, it is possible to easily achieve mutual coupling by mounting the first conduit on the lower plate and then covering the upper plate on the upper plate.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 도관과 제 2 도관은 일체형으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred embodiment, the first conduit and the second conduit may be a structure formed integrally.
따라서, 상기 구조의 냉각부재는 열전도 매개체가 상하 분리되어 있고 제 1 도관과 제 2 도관이 일체형으로 연결되어 있으므로, 제 1 도관과 제 2 도관의 연결부위에서 발생하는 누수 관련 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, the cooling member of the structure has a heat conduction medium is vertically separated and the first conduit and the second conduit are integrally connected, it is possible to effectively prevent the leakage-related problems occurring at the connection between the first conduit and the second conduit. .
또한, 종래의 냉각부재와 같이 열전도 매개체와 제 1 도관을 연결하기 위해 열전도 매개체의 일부에 별도의 체결부를 형성할 필요가 없으므로, 냉각부재의 조립 생산성 및 조립 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. In addition, since a separate fastening portion is not required to be formed on a portion of the heat conducting medium to connect the heat conducting medium and the first conduit like the conventional cooling member, the assembly productivity and the assembly reliability of the cooling member can be greatly improved.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 제 2 도관은 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및 후면에 각각 위치하고 있는 구조로 이루어져 있어서, 하나의 제 2 도관으로 유입된 냉매는 제 1 도관을 경유하면서 열전도 매개체를 냉각시킨 후 다른 제 2 도관으로 이동하게 되며, 이러한 과정에서 열전도 매개체는 전지모듈을 냉각시키게 된다.In another preferred embodiment, the second conduit has a structure that is respectively located on the front and rear of the battery module or battery pack, the refrigerant introduced into one second conduit cools the heat conducting medium while passing through the first conduit. After moving to another second conduit, in this process the heat conduction medium to cool the battery module.
상기 제 1 도관은 바람직하게는 제 2 도관에 대해 수직으로 연결되어 있어서, 제 2 도관으로 유입된 냉매가 제 1 도관으로 분지되어 유동할 수 있다.The first conduit is preferably connected vertically with respect to the second conduit so that the refrigerant introduced into the second conduit can branch and flow into the first conduit.
또 다른 예에서, 상기 제 1 도관은 적어도 둘 또는 그 이상의 파이프로 이루어져 있어서, 제 1 도관이 하나의 파이프로 이루어진 구조와 비교하여 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율성을 향상시킬 수 있다.In another example, the first conduit is composed of at least two or more pipes, so that the cooling efficiency of the battery module or the battery pack can be improved compared to the structure of the first conduit consisting of one pipe.
바람직하게는, 상기 제 2 도관은 제 1 도관보다 직경이 큰 구조로 이루어져 있어서, 제 2 도관으로 유입된 냉매는 제 1 도관을 경유하면서 제 2 도관보다 유속이 빨라지므로 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.Preferably, since the second conduit has a larger diameter than the first conduit, the refrigerant introduced into the second conduit has a faster flow rate than the second conduit while passing through the first conduit, thereby cooling the battery module or the battery pack. The efficiency can be improved.
구체적인 예로서, 상기 제 2 도관은 제 1 도관의 직경을 기준으로 2 배 내지 5 배의 크기를 가질 수 있다. 제 2 도관의 직경이 제 1 도관의 직경을 기준으로 2 배 미만이면 소망하는 수준으로 제 2 도관의 냉매의 유속을 높이기 어려울 수 있고, 5 배를 초과하면 전체적인 전지모듈 또는 전지팩의 크기가 커지므로 바람직하지 않다. 그러나, 앞서 설명한 효과를 발휘할 수 있는 크기라면, 상기 크기 조건을 벗어나는 범위도 가능할 수 있음은 물론이다.As a specific example, the second conduit may have a size of 2 to 5 times the diameter of the first conduit. If the diameter of the second conduit is less than twice the diameter of the first conduit, it may be difficult to increase the flow rate of the refrigerant of the second conduit to a desired level. If the diameter of the second conduit exceeds 5 times, the overall size of the battery module or the battery pack increases. Therefore, it is not preferable. However, if the size can exert the above-described effect, it may be possible that a range outside of the size condition may be possible.
하나의 바람직한 예에서, 상기 만입홈은 수직 단면상으로 내면이 다각형 형상으로 이루어져 있고, 상기 제 1 도관은 수직 단면상으로 외면이 만입홈에 대응하는 형상의 다각형 형상으로 이루어져 있어서, 만입홈과 제 1 도관의 계면은 적어도 일면에서 면 접촉하고 있는 구조일 수 있다. 상기 다각형의 예로는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등을 들 수 있다.In one preferred embodiment, the indentation groove is a polygonal shape of the inner surface on the vertical cross-section, the first conduit is a polygonal shape of the shape corresponding to the indentation groove on the vertical cross-section, the indentation groove and the first conduit The interface of may have a structure in surface contact with at least one surface. Examples of the polygons include triangles, squares, pentagons, hexagons, and the like.
하나의 구체적인 예에서, 상기 만입홈은 수직 단면상으로 내면이 마름모꼴 형상으로 이루어져 있고, 상기 제 1 도관은 수직 단면상으로 외면이 만입홈에 대응하는 형상의 마름모꼴 형상으로 이루어져 있어서, 만입홈과 제 1 도관의 계면은 적어도 두면에서 면 접촉하고 있는 구조일 수 있다. In one specific example, the indentation groove has a rhombic shape of the inner surface on the vertical cross-section, the first conduit is made of a rhombic shape of the shape corresponding to the indentation groove on the vertical cross-section, the indentation groove and the first conduit The interface of may be a structure in surface contact on at least two surfaces.
경우에 따라서는, 제 1 도관은 수직 단면상 원형의 중공 구조이고, 제 1 도관의 외주면 일부를 수직 단면상 마름모꼴 형상을 가진 외장 부재가 감싸고 있는 구조일 수도 있다.In some cases, the first conduit may have a circular hollow structure in a vertical cross section, and may be a structure in which a part of the outer circumferential surface of the first conduit is surrounded by a packaging member having a rhombic shape in the vertical cross section.
이 경우, 상기 외장 부재가 제 1 도관의 외주면 일부를 감싸는 부위는 제 1 도관이 상부 플레이트 및 하부 플레이트와 밀착되는 부위에 해당한다.In this case, a portion of the outer member surrounding the outer circumferential surface of the first conduit corresponds to a portion where the first conduit is in close contact with the upper plate and the lower plate.
한편, 상기 냉매 도관은 바람직하게는 열전도성의 내식성 소재로 이루어져 있어서, 냉매가 냉매 도관을 흐르더라도 수분에 의한 부식을 방지할 수 있다.On the other hand, the refrigerant conduit is preferably made of a thermally conductive corrosion resistant material, it is possible to prevent corrosion by moisture even if the refrigerant flows through the refrigerant conduit.
상기 열전도 매개체는 히트 싱크일 수 있으며, 히트 싱크는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다.The heat conduction medium may be a heat sink, which refers to an object that absorbs and dissipates heat from another object by thermal contact.
상기 열전도 매개체는 다양한 형태 및 배열이 가능한 바, 예를 들어, 각각의 전지모듈 또는 전지팩 단위로 이루어질 수 있다. 즉, 열전도 매개체는 전지모듈 단위로 분리형이거나 전지팩 단위로 일체형을 가질 수 있다.The heat conduction medium may be formed in various forms and arrangements, for example, each battery module or a battery pack unit. That is, the heat conduction medium may have a separate type in a battery module unit or an integrated type in a battery pack unit.
하나의 바람직한 예에서, 상기 냉각부재는 양면이 단위모듈들에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들 사이에 개재될 수 있는 냉각핀을 포함하는 구조일 수 있으며, 이 경우, 냉매는 제 1 도관 및 제 2 도관으로 유동하면서 냉각열을 열전도 매개체 및 냉각핀에 순차적으로 전달하고, 이러한 냉각열에 의해 단위모듈들을 효과적으로 냉각할 수 있다.In one preferred example, the cooling member may have a structure including a cooling fin that can be interposed between the unit modules in a state in which both sides are in close contact with each of the unit modules, in this case, the refrigerant is the first conduit and the first conduit The cooling heat is sequentially transferred to the heat conducting medium and the cooling fins while flowing through the two conduits, and the heat of cooling can effectively cool the unit modules.
상기 구조의 바람직한 예에서, 상기 냉각핀은 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있는 구조일 수 있다.In a preferred example of the structure, the cooling fin may be a structure that is bent in a shape that is in surface contact with the heat conducting medium.
즉, 단위모듈들 사이에 냉각핀을 개재하였을 때, 냉각핀이 열전도 매개체에 면접촉하고 있으므로, 열전도에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다.That is, when the cooling fins are interposed between the unit modules, since the cooling fins are in surface contact with the heat conducting medium, the heat dissipation effect by the heat conduction can be maximized.
상기 구조의 또 다른 예에서, 상기 냉각핀은 단위모듈들에 밀착될 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 수직 단면상 "ㄱ"자형, 또는 "T"자형으로 이루어지는 것이 열전도 매개체로부터의 냉각열을 단위모듈들에 효과적으로 전달할 수 있다.In another example of the structure, the cooling fin is not particularly limited as long as it is in a shape that can be in close contact with the unit modules, for example, it is made of "a", or "T" shape in the vertical section from the heat conducting medium Cooling heat can be effectively transmitted to the unit modules.
구체적으로, "T"자형 구조는 "1"자형과 "T자"형의 조합으로 이루어질 수도 있다.Specifically, the "T" shape may be formed by a combination of the "1" shape and the "T shape".
상기 냉각핀은 높은 냉각 효율성의 발현을 위한 열전도성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 높은 열전도성을 가진 금속 소재로 이루어질 수 있다.The cooling fin is not particularly limited as long as the material has excellent thermal conductivity for the expression of high cooling efficiency. For example, the cooling fin may be made of a metal material having high thermal conductivity.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 이차전지가 바람직하다. 이러한 판상형 이차전지의 바람직한 예로는, 각형 이차전지와 파우치형 이차전지를 들 수 있으며, 그 중에서도, 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 전극조립체 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 전극조립체 수납부의 외주면에는 열융착에 의해 밀봉된 실링부("외주면 실링부")를 형성하고 있는 파우치형 이차전지가 특히 바람직하다.The battery cell is preferably a plate-shaped secondary battery having a thin thickness and a relatively wide width and length so as to minimize the overall size when stacked for the configuration of the battery module. Preferred examples of such a plate-shaped secondary battery include a rectangular secondary battery and a pouch-type secondary battery, among which an electrode assembly is embedded in an electrode assembly accommodating portion formed in a battery case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer. Particularly preferred is a pouch type secondary battery having a sealing portion (" outer circumferential surface sealing portion ") sealed on the outer circumferential surface of the electrode assembly accommodating portion.
한편, 상기 냉매는 냉매 도관에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물일 수 있다.On the other hand, the refrigerant is not particularly limited as long as the refrigerant flows easily in the refrigerant conduit and has excellent cooling property. For example, the refrigerant may be water capable of maximizing cooling efficiency due to high latent heat.
본 발명은 또한 상기 냉각부재를 포함하고 있는 전지모듈을 제공한다.The present invention also provides a battery module comprising the cooling member.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 한 쌍 또는 그 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 냉각부재가 전지모듈의 상부 또는 하부에 장착되어 있는 구조로 이루어진다. 즉, 상기 냉각부재의 열전도 매개체와 냉매 도관에 의해 냉각 효율을 크게 향상시킴과 동시에 조립성이 향상된 전지모듈을 구성할 수 있다.Therefore, the battery module according to the present invention has a structure in which a plurality of unit modules consisting of one or more battery cells are arranged side by side, and the cooling member is mounted on the top or bottom of the battery module. Is done. That is, the battery module can be configured to greatly improve the cooling efficiency and to improve the assemblability by the heat conduction medium and the refrigerant conduit of the cooling member.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지팩을 제공한다. The present invention also provides a battery pack in which a plurality of the battery modules are arranged side by side.
상기 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지모듈들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치의 등의 전원에 바람직하게 사용될 수 있다.The battery pack includes a plurality of battery modules to achieve a high output large capacity, the electric vehicle, hybrid electric vehicle, plug-in hybrid electric vehicle, or power storage device in which high heat generated during charging and discharging seriously emerges in terms of safety It can be used preferably for power supplies, such as a.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각부재는, 만입홈이 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에 열전도 매개체의 길이 방향으로 형성되어 있고, 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 구성함으로써, 상부 플레이트 및 하부 플레이트와 제 1 도관의 밀착을 용이하게 달성하여 전지모듈의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, in the cooling member according to the present invention, the indentation groove is formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in the portion where the first conduit is mounted in the upper plate and the lower plate, and the interface between the plate and the first conduit is a plate. By forming a shape that can be in surface contact in the event of a dimension error between the first and the first conduit, it is possible to easily achieve the close contact between the upper plate and the lower plate and the first conduit to improve the cooling performance of the battery module.
또한, 냉매에 대한 내식성이 냉각부재의 일부 구성요소인 냉매 도관에만 요구되므로 전반적인 제조비용이 저렴하다는 장점을 가진다.In addition, since corrosion resistance to the refrigerant is required only for the refrigerant conduit, which is a part of the cooling member, the overall manufacturing cost is advantageous.
도 1은 종래의 냉매 도관과 열전도 매개체의 선 접촉 상태를 나타내는 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉각부재의 사시도이다;
도 3은 도 2의 B 부위를 확대한 사시도이다;
도 4는 도 2의 외장부재와 만입홈의 면 접촉 상태를 나타내는 단면 모식도이다;
도 5는 도 2의 하부 플레이트가 전지모듈에 장착된 상태를 나타내는 사시도이다;
도 6은 도 2의 냉각부재가 전지모듈에 장착된 상태를 나타내는 사시도이다;
도 7은 도 6의 전지모듈의 A-A'부위를 나타내는 단면 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 단면 모식도이다;
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이다;
도 11은 도 9의 냉각부재의 사시도이다;
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 도관과 만입홈의 면 접촉 상태를 나타내는 단면 모식도이다;
도 13은 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 사시도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a line contact state between a conventional refrigerant conduit and a heat conductive medium;
2 is a perspective view of a cooling member according to one embodiment of the present invention;
3 is an enlarged perspective view of part B of FIG. 2;
Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing a surface contact state of the exterior member and the indentation groove of Figure 2;
5 is a perspective view illustrating a state in which the lower plate of FIG. 2 is mounted on a battery module;
6 is a perspective view illustrating a state in which the cooling member of FIG. 2 is mounted on a battery module;
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a AA ′ portion of the battery module of FIG. 6; FIG.
8 is a schematic cross-sectional view of a cooling fin according to another embodiment of the present invention;
9 and 10 are perspective views of a battery pack according to another embodiment of the present invention;
11 is a perspective view of the cooling member of FIG. 9;
12 is a schematic cross-sectional view showing a surface contact state between a first conduit and an indentation groove according to another embodiment of the present invention;
13 is a perspective view of one exemplary plate-shaped battery cell mounted to the battery module of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉각부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 B 부위를 확대한 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.2 is a perspective view schematically showing a cooling member according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a perspective view showing an enlarged portion B of FIG.
이들 도면을 참조하면, 냉각 부재(70)는 상하 분리된 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)로 이루어진 열전도 매개체, 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어진 제 1 도관(40)과 제 2 도관(30)을 포함하고 있다.Referring to these drawings, the cooling
또한, 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)에서 제 1 도관(40)이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향(L)으로 한 쌍의 만입홈(52)이 각각 형성되어 있고, 상부 플레이트(60) 및 하부 플레이트(50)와 제 1 도관(40)의 계면은 상부 플레이트(60) 및 하부 플레이트(50)와 제 1 도관(40)이 제조공정에서 상호간 치수오차가 발생하더라도 면접촉이 가능한 형상으로 이루어져 있다. 또한, 제 1 도관(40) 중 상부 플레이트(60) 및 하부 플레이트(50)와 결합되는 부위에는 수직 단면상 마름모꼴 형상을 가진 외장 부재(42)가 감싸고 있다.In addition, a pair of
즉, 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)은 수직 단면상으로 내면이 마름모꼴 형상으로 이루어져 있고, 제 1 도관(40)의 외장부재(42)는 수직 단면상으로 외면이 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)에 대응하는 형상의 마름모꼴 형상(42)으로 이루어져 있어서, 만입홈(50, 52)과 외장부재(42)의 계면은 2개 면에서 면 접촉하고 있다. That is, the
한편, 제 1 도관(40)은 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 사이에 장착되어 있고, 제 2 도관(30)은 제 1 도관(40)과 일체형으로 연결되어 전지모듈(80)의 전면과 후면에 각각 위치하고 있다.On the other hand, the
또한, 제 1 도관(40)은 2개의 파이프로 이루어져 있고, 제 2 도관(30)은 제 1 도관(40)보다 직경이 큰 구조로서, 대략 제 1 도관(40)의 직경을 기준으로 3배의 크기로 이루어져 있다.In addition, the
제 1 도관(40)과 제 2 도관(30)은 수직 단면상 원형이고, 냉매로 인해 부식되는 것을 방지하기 위해 내식성의 소재로 이루어져 있다.The
또한, 외장부재(42)에 대응하는 형상을 가진 만입홈(52)이 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)에서 외장부재(42)가 장착되는 부위에 열전도 매개체의 길이 방향(L)으로 형성되어 있어서, 외장부재(42)가 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)에 장착된 상태에서 상부 플레이트(60)를 하부 플레이트(50)에 덮음으로써 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 결합이 달성된다.In addition, the
또한, 도 4에는 도 2의 외장부재와 하부 플레이트의 면 접촉 상태를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있다.4 is a schematic cross-sectional view showing a surface contact state between the exterior member and the lower plate of FIG. 2.
구체적으로, 도 4를 도 2와 함께 참조하면, 수직 단면이 마름모로 형성되어 있고 제 1 도관(40a)의 일부를 감싸고 있는 외장 부재(42a)가 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)의 상부에 장착되어 있다. 도 4(a)와 같이 외장 부재(42a)가 치수 및 형상오차가 발생하지 않는 경우에는 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)과 외장 부재(42a)가 전체적으로 면접촉을 달성하고 있다.Specifically, referring to FIG. 4 together with FIG. 2, an
또한, 도 4(b)와 같이 외장 부재(42b)가 정 치수보다 작은 경우에도 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)과 외장 부재(42b)의 계면이 상당부분 면접촉 하게 되고, 도 4(c)와 같이 외장 부재(42c)가 정 치수보다 큰 경우에도 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)과 외장 부재(42c)의 계면이 두 면에서 면접촉 하게 되므로, 외장 부재(42c)의 냉각 열이 하부 플레이트(50)의 만입홈(52) 계면 전체에 전달되어 도 1과 비교하여 냉각 성능이 향상된다.In addition, as shown in FIG. 4B, even when the
도 5에는 도 2의 하부 플레이트가 전지모듈에 장착된 상태를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 2의 냉각부재가 전지모듈에 장착된 상태를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 7에는 도 6의 전지모듈의 A-A'부위를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있다. 이들 도면에서 편의상 전지셀의 전극단자들은 표시하지 않았다. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a state in which the lower plate of FIG. 2 is mounted on the battery module, and FIG. 6 is a perspective view schematically showing a state in which the cooling member of FIG. 2 is mounted on the battery module. have. In addition, FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an AA ′ portion of the battery module of FIG. 6. In these figures, the electrode terminals of the battery cell are not shown for convenience.
먼저 도 5를 도 7과 함께 참조하면, 전지모듈(80)은 한 쌍의 전지셀들(10)로 이루어진 단위모듈들(12) 4개가 측면으로 배열되어 있고, 전지모듈(80)의 상면에는 하부 플레이트(52)가 장착되어 있다.First, referring to FIG. 5 together with FIG. 7, the
다음으로 도 6 및 도 7을 참조하면, 냉각핀(20)은 양면이 단위모듈들(12)에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들(12) 사이에 개재되어 있고, 열전도 매개체의 하부 플레이트(50)에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있다.Next, referring to FIGS. 6 and 7, the cooling
또한, 냉각핀(20)은 수직 단면상 "ㄱ"자형의 형상을 가지고 있고, 열도전성 금속 판재로 이루어져 있다.In addition, the cooling
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 단면 모식도가 도시되어 있다.8 is a schematic cross-sectional view of a cooling fin according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면 냉각핀은 수직 단면상 "T"자형(24)과 "1"자형(22)의 조합으로 이루어진 것을 제외하고는 도 7의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 8, the cooling fin is the same as the structure of FIG. 7 except that the cooling fin is formed of a combination of a “T”
도 9 및 도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 11에는 도 9의 냉각부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 이들 도면에서 편의상 외장 부재는 도시하지 않았다. 9 and 10 schematically show a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention, Figure 11 schematically shows a perspective view of the cooling member of FIG. In these drawings, the exterior member is not shown for convenience.
이들 도면을 참조하면, 도 9의 전지팩(200)은 도 1의 전지모듈들 4개가 측면으로 배열되어 있고, 상부 플레이트(92)와 하부 플레이트(94)로 구성된 열전도 매개체(90)가 전지모듈 별로 전지모듈의 상부에 각각 장착되어 있어서 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하고 있다.Referring to these drawings, the
냉각부재는 4개의 상부 플레이트(92)와 하부 플레이트(94)로 이루어진 열전도 매개체, 및 8개의 제 1 도관(98)과 한 쌍의 제 2 도관(96)을 포함하고 있다. The cooling member comprises a heat conducting medium consisting of four
도 10의 전지팩(200a)은 열전도 매개체(90a)가 1개의 상부 플레이트(92a)와 하부 플레이트(94a)로 이루어진 점을 제외하고는 도 9의 전지팩(200)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 도관과 만입홈의 의 면 접촉 상태를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있다.12 is a schematic cross-sectional view showing a surface contact state of the first conduit and the indentation groove according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 제 1 도관들(40d, 40e, 40f)은 외주면과 내주면이 마름모 형상이고 중공형 구조이며, 제 1 도관들(40d, 40e, 40f)의 외주면을 별도의 외장 부재가 감싸지 않은 점을 제외하고는 도 4의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 12, the
도 13에는 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 이차전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.13 is a perspective view schematically showing one exemplary plate-shaped secondary battery mounted to the battery module of the present invention.
도 13을 참조하면, 판상형 이차전지(100)는, 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지케이스(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 13, the plate-shaped
전지케이스(130)는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 전극조립체 수납부(140)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 전극조립체 수납부(140)의 외주면인 양측면(150b)과 상단부(150a) 및 하단부(150c)를 열융착에 의해 밀봉시킴으로써 실링부(150)를 형성하여 이차전지(100)가 만들어진다. The
상단부(150a)와 하단부(150c)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 전지케이스(130) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.Since the electrode leads 110 and 120 protrude from the
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (21)
전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및
냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;
을 포함하고 있고,
상기 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 열전도 매개체의 길이 방향으로 만입홈이 형성되어 있고, 상기 플레이트와 제 1 도관의 계면은 플레이트와 제 1 도관 상호간의 치수오차 발생시에도 면접촉될 수 있는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재. A plurality of unit modules consisting of one or more battery cells are mounted on the top or bottom of the battery module or a plurality of battery modules are arranged side by side to generate from the battery cell during charge and discharge As a cooling member to remove heat,
A heat conduction medium formed of an upper plate and a lower plate disposed on an upper side or a lower side of the battery module or the battery pack and separated from each other; And
A hollow structure in which the refrigerant flows therein, the first conduit mounted between the upper plate and the lower plate, and the second conduit connected to the first conduit and positioned on the front and / or rear of the battery module or the battery pack. A refrigerant conduit consisting of conduits;
Lt; / RTI >
Indentation grooves are formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in the upper plate and the lower plate at the site where the first conduit is mounted, and the interface between the plate and the first conduit is in surface contact when a dimension error occurs between the plate and the first conduit. Cooling member, characterized in that formed in the shape that can be.
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