KR101501026B1 - Battery Module with Excellent Cooling Efficiency and Compact Structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지셀들이 상하 방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 하단면과 상단면을 감싸는 상부 플레이트 및 하부 플레이트; 상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀들; 상기 냉각핀들의 돌출 단부에 밀착되어 있는 열전달 패드; 및 상기 열전달 패드에 밀착된 상태로 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면에 장착되어 있고, 내부에 냉매 유로가 형성되어 있는 냉각부재; 를 포함하는 전지모듈을 제공한다. The present invention relates to a battery cell laminate in which battery cells are stacked in a vertical direction; An upper plate and a lower plate surrounding the lower end face and the upper end face of the battery cell stack body; Cooling fins interposed at an interface of the battery cells and having ends protruding from one side or both sides of the battery cell stack; A heat transfer pad closely attached to a protruding end of the cooling fins; And a cooling member mounted on one side or both side surfaces of the battery cell laminate in a state of being closely contacted with the heat transfer pad and having a refrigerant flow path formed therein; And a battery module.
Description
본 발명은, 다수의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈로서, 구체적으로는, 전지셀들이 상하 방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 하단면과 상단면을 감싸는 상부 플레이트 및 하부 플레이트, 상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀들, 상기 냉각핀들의 돌출 단부에 밀착되어 있는 열전달 패드, 및 상기 열전달 패드에 밀착된 상태로 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면에 장착되어 있고, 내부에 냉매 유로가 형성되어 있는 냉각부재를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module including a plurality of battery cells, and more particularly to a battery module including a battery cell stack in which battery cells are stacked in a vertical direction, an upper plate surrounding the lower end surface and the upper surface of the battery cell stack, A lower plate, a plurality of cooling fins interposed at the interface between the battery cells, the cooling fins protruding from one side or both sides of the battery cell stack body, a heat transfer pad closely attached to the projecting end of the cooling fins, And a cooling member which is mounted on one side or both side surfaces of the battery cell stack body in a state where the refrigerant flow path is formed.
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 주목 받고 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 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.Since the middle- or large-sized battery module is preferably manufactured in a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, or the like, which can be charged with a high degree of integration and has a small weight to capacity, is mainly used as a battery cell have. 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 such a middle- or large-sized battery module are constituted by a rechargeable secondary battery, such a high-output large-capacity secondary battery generates a large amount of heat in 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, 고출력 대용량의 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 cooling system for cooling the battery cells built in the high-power, large-capacity battery pack is required.
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 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.The battery module mounted on the middle- or large-sized battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of battery cells at a high density, and adjacent battery cells are stacked at a predetermined interval so as to remove heat generated during charging and discharging. For example, the battery cells themselves may be sequentially stacked while being spaced apart from each other by a predetermined space, or in the case of a battery cell having low mechanical rigidity, one or a combination of two or more batteries may be built in a cartridge or the like. The battery module can be configured. The stacked battery cells or the battery modules are structured such that a flow path of the coolant is formed between the battery cells or the battery modules so as to effectively remove accumulated heat.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.However, this structure has a problem that the total size of the battery module is increased because a plurality of refrigerant flow paths must be secured corresponding to a plurality of battery cells.
또한, 많은 전지셀들을 적층할수록 냉각 구조와 관련하여 다수의 부품이 추가되어 전지모듈의 부피가 커질 뿐만 아니라, 제조 공정이 복잡해지며, 이에 따른 제조비용 역시 크게 상승하는 단점이 발생한다.In addition, as the number of battery cells is increased, a number of components are added in relation to the cooling structure, thereby increasing the volume of the battery module, complicating the manufacturing process, and increasing the manufacturing cost.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간단하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 높은 냉각 효율성에 의해 수명 특성과 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a battery module that can be manufactured in a simple and compact structure while providing high power, large capacity power, and has excellent life characteristics and safety due to high cooling efficiency.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 많은 부재들을 사용하지 않고, 전지셀로부터 발생한 효과적으로 제거할 수 있는 콤팩트 한 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to provide a battery module having a compact structure which can be effectively removed from a battery cell without using many members.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 안전성이 우수하며, 제조 공정성이 뛰어난 전지모듈을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a battery module which is excellent in safety while providing high power, large capacity power, and has excellent manufacturing processability.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, According to an aspect of the present invention,
전지셀들이 상하 방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체;A battery cell laminate in which battery cells are stacked in a vertical direction;
상기 전지셀 적층체의 하단면과 상단면을 감싸는 상부 플레이트 및 하부 플레이트;An upper plate and a lower plate surrounding the lower end face and the upper end face of the battery cell stack body;
상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀들;Cooling fins interposed at an interface of the battery cells and having ends protruding from one side or both sides of the battery cell stack;
상기 냉각핀들의 돌출 단부에 밀착되어 있는 열전달 패드; 및A heat transfer pad closely attached to a protruding end of the cooling fins; And
상기 열전달 패드에 밀착된 상태로 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면에 장착되어 있고, 내부에 냉매 유로가 형성되어 있는 냉각부재;A cooling member mounted on one side or both sides of the battery cell laminate in a state of being in tight contact with the heat transfer pad and having a refrigerant flow path formed therein;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.As shown in FIG.
일반적으로, 전지모듈은 냉매 유로의 형성을 위해 전지셀들을 소정의 거리만큼 이격된 상태로 적층하여 구성하고, 이러한 이격된 공간으로 공기 등의 냉매를 유동시켜 전지셀들의 과열을 방지하고 있다. 또한, 전지모듈의 일면에 냉매의 유입구 및 배출구가 위치하고 냉매의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록 덕트가 구성되며, 필요에 따라 냉매의 유동을 위한 냉각 팬이 추가적으로 설치된다.Generally, the battery module is constructed by stacking the battery cells so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance in order to form a coolant passage, and the coolant such as air flows in the spaced spaces to prevent overheating of the battery cells. Further, a duct is formed on one side of the battery module so that the inlet and the outlet of the refrigerant are positioned and the flow of the refrigerant can be smoothly performed, and a cooling fan for the flow of the refrigerant is additionally installed if necessary.
이에 반해, 본 발명의 전지모듈은 냉각핀들이 전지셀들 사이에 개재되어 있고 냉각핀의 단부가 전지셀 적층체의 측면으로 돌출되어 열전달 패드를 통하여 냉각부재에 열이 전달되어 냉각을 수행하는 구조로 이루어지므로, 많은 부재들을 사용하지 않고도 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.In contrast, in the battery module of the present invention, the cooling fins are interposed between the battery cells, the ends of the cooling fins protrude to the side of the battery cell stack body, heat is transferred to the cooling member through the heat transfer pads, So that high cooling efficiency can be achieved without using many members.
또한, 종래의 냉각 시스템에 기반하지 않고도 전지셀로부터 발생한 열을 외부로 효과적으로 제거할 수 있으므로, 결과적으로 조립 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매우 콤팩트한 전지모듈을 구성할 수 있다.Further, since the heat generated from the battery cells can be effectively removed to the outside without being based on the conventional cooling system, the assembly processability can be improved as a result, and a very compact battery module can be constructed.
상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀로 이루어지며, 상기 판상형 전지셀은 양극 및 음극 단자들이 전지셀의 본체 일측에 돌출되어 있는 구조, 또는 하나의 전극단자가 전지셀의 본체 일측으로 돌출되어 있고, 다른 하나의 전극단자는 대향하는 반대측에 돌출된 구조로도 이루어질 수 있다. The battery cell is preferably formed of a plate-shaped battery cell so as to provide a high deposition rate in a limited space. The plate-shaped battery cell has a structure in which anode and cathode terminals protrude from one side of the battery cell, The terminals may protrude from one side of the main body of the battery cell and the other electrode terminal may protrude from the opposite side.
그 중에서도, 전지셀들의 양극 단자들 및 음극 단자들을 간단한 구조의 버스 바를 사용하여 접속시키기 위하여, 전극 단자들이 일측에 돌출되는 구조로 형성되는 구조가 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.Among them, a structure in which the electrode terminals are protruded to one side is more preferably used in order to connect the positive and negative terminals of the battery cells using a bus bar having a simple structure.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.The plate-shaped battery cell may be, for example, a pouch-shaped battery cell having a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
구체적으로는, 상기 판상형 전지셀은 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.Specifically, the plate-shaped battery cell is a pouch-shaped battery cell in which an electrode assembly having an anode, a separator, and a cathode structure is sealed inside a battery case together with an electrolytic solution, and is a plate-shaped battery cell having a generally rectangular parallelepiped structure . Such a pouch-shaped battery cell is generally composed of a battery case of a pouch type, and the battery case is composed of an outer coating layer made of a polymer resin having excellent durability; A barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, and the like; And an inner sealant layer composed of a polymer resin that can be thermally fused, are laminated in this order.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.The case of the pouch-type battery cell may have a variety of structures. For example, the case may be a two-unit member, which houses the electrode assembly in the housing portion formed on the upper and / or lower inner surface, And a structure for sealing by heat fusion. A pouch-shaped battery cell having such a structure is disclosed in PCT International Application No. PCT / KR2004 / 003312 of the present applicant, which application is incorporated herein by reference.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀들은 전지 카트리지들에 고정되는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 각각의 전지셀들은 그것들의 외주면을 고정하는 프레임 구조의 각각의 전지 카트리지에 의해 고정될 수 있다.In one preferred example, the battery cells may be structured to be fixed to battery cartridges. That is, each of the battery cells may be fixed by a respective battery cartridge of a frame structure that fixes the outer circumferential surfaces thereof.
이러한 전지 카트리지들은 바람직하게는 이들에 체결구가 천공되어 있고, 상기 체결구를 관통하여 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 결합되는 체결부재에 의해, 전지 카트리지에 의해 고정된 전지셀이 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 적층된 구조가 고정될 수 있다.These battery cartridges are preferably pierced with a fastening hole through which the battery cells fixed by the battery cartridge are fastened to the upper plate and the lower plate by fastening members penetrating through the fastening holes and joined to the upper plate and the lower plate. The stacked structure can be fixed.
상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있는 냉각핀은 열전도성을 가지는 박형의 부재라면 그것의 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재의 판재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재로는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하게 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The cooling fin interposed at the interface of the battery cells is not particularly limited as long as it is a thin member having thermal conductivity. For example, a metal plate may be preferably used. As the metal material, aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity and light weight among metals may be preferably used, but it is not limited thereto.
하나의 바람직한 예에서, 상기 냉각핀의 단부는 카트리지의 단부를 감싸도록 수직으로 절곡될 수 있다. 이 경우, 전지셀이 고정된 전지 카트리지가 적층되었을 때, 상기 수직으로 절곡된 냉각핀의 단부들은 상하 방향의 일직선상에서 정렬된다.In one preferred example, the end of the cooling fin may be bent vertically to enclose the end of the cartridge. In this case, when the battery cartridge to which the battery cells are fixed is stacked, the ends of the vertically bent cooling fins are aligned on a straight line in the up-down direction.
또한, 상기 냉각핀은 전지셀의 외면과 카트리지 외면에 밀착되도록 전지셀 및 카트리지 외면에 대응하는 형상으로 절곡될 수 있다. 즉, 전지셀 외면 구조에 대응하여 상기 냉각핀이 상기 전지셀에 밀착될 수 있도록 상기 전지셀의 외면 구조에 따라 상기 냉각핀이 절곡될 수 있다. 또한, 전지셀의 외주면을 고정하는 카트리지의 외면에 대응하는 형상으로도 절곡될 수 있으며, 예를 들어, 상기 냉각핀은 전지셀에 밀착되고, 상기 전지셀의 단부 부위부터 외측으로는 상기 카트리지의 외면을 따라 절곡되어 밀착되는 구조로 이루어질 수 있다.The cooling fins may be bent in a shape corresponding to the outer surfaces of the battery cell and the cartridge so as to be in close contact with the outer surface of the battery cell and the outer surface of the cartridge. That is, the cooling fin can be bent according to the outer surface structure of the battery cell so that the cooling fin can be closely attached to the battery cell corresponding to the outer surface structure of the battery cell. Further, the cooling fins may be bent in a shape corresponding to the outer surface of the cartridge fixing the outer circumferential surface of the battery cell. For example, the cooling fin may be in close contact with the battery cell, And may be formed by bending along the outer surface and coming into close contact with each other.
한편, 상기 냉각핀은 전지셀을 기준으로 전지셀의 상면과 접하는 제 1 냉각핀, 및 전지셀의 하면과 접하는 제 2 냉각핀을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 냉각핀 및 제 2 냉각핀은 전지셀의 형상에 따라서 상호 대칭의 구조로 이루어질 수도 있다.The cooling fin may include a first cooling fin contacting the upper surface of the battery cell with respect to the battery cell, and a second cooling fin contacting the lower surface of the battery cell. The first cooling fin and the second cooling fin may have symmetrical structures depending on the shape of the battery cell.
상기 카트리지는 바람직하게는 평면상으로 냉각부재가 수용되어 정위치에 고정되도록, 일측 단부 방향으로 단차가 형성되어 있는 구조일 수 있다.The cartridge may preferably have a structure in which a step is formed in the direction of one side end so that the cooling member is received in a plane and fixed in place.
상기 열전달 패드는 냉각핀의 단부와 냉각부재 사이에 위치하면서, 냉각핀의 열을 냉각부재에 효율적으로 전달하게 하는 부재로서, 상기 냉각핀의 단부와 냉각부재 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 하나의 예로, 실리콘에 열전도성 물질을 조합하여 상기 열전달 패드를 제조함으로써 탄성과 열전도성이 동시에 발휘되는 구조로 이루어질 수 있다.The heat transfer pad is a member that is positioned between the end of the cooling fin and the cooling member and efficiently transmits the heat of the cooling fin to the cooling member. In order to improve the adhesion between the end of the cooling fin and the cooling member, Lt; / RTI > As one example, the heat transfer pad may be manufactured by combining a thermally conductive material with silicon so that elasticity and thermal conductivity can be simultaneously exhibited.
상기 냉각부재는 공냉식 또는 수냉식 부재로서, 냉매유로에 공기 또는 냉각수가 유동하는 구조일 수 있다. 바람직하게는 상기 냉매유로에 냉각수가 유동하는 구조의 수냉식 구조로서, 전지셀에서 발생한 열이 냉각핀을 통해 상기 냉각부재의 냉매유로에 흐르는 냉각수에 의해 냉각 되는 간접 수냉식 구조로 이루어질 수 있다.The cooling member may be air-cooling or water-cooling member, and air or cooling water may flow through the refrigerant passage. Preferably, the cooling water flows in the refrigerant passage, and the cooling water is cooled by the cooling water flowing in the refrigerant passage of the cooling member through the cooling fin.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 전지셀은 양극 및 음극 단자들이 전지셀의 본체 일측에 돌출되어 있는 구조, 또는 하나의 전극단자가 전지셀의 본체 일측에 돌출되어 있고, 다른 하나의 전극단자는 대향하는 반대측에 돌출되는 구조로 이루어질 수 있다. 그 중에서도 양극 및 음극 단자들이 전지셀 본체의 일측에 돌출되어 있는 구조의 전지셀이 바람직하게 사용될 수 있으며, 전지셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바 어셈블리가 상기 전지셀 적층체의 일측 단부에 추가로 장착될 수 있다.As described above, in the battery cell, the positive electrode and the negative electrode terminals protrude from one side of the main body of the battery cell, or one electrode terminal protrudes from one side of the main body of the battery cell, As shown in FIG. In particular, a battery cell having a structure in which positive and negative terminals are protruded from one side of a battery cell body may be preferably used, and a bus bar assembly for electrically connecting the electrode terminals of the battery cells may be formed on one side of the battery cell stack body As shown in FIG.
또한, 상기 버스 바 어셈블리의 전기적 접속 부위가 외부로부터 절연되도록 하는 전기절연성 버스 바 커버가 추가로 포함될 수 있다.In addition, an electrically insulating bus bar cover may be further included to allow the electrical connection portion of the bus bar assembly to be insulated from the outside.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈은 과열, 오작동 등을 방지하고 안전성을 향상시키기 위하여 온도 및 전압을 검출하는 수단이 포함되며, 이들 수단에 의해 측정된 온도 정보 및 전압 정보는 별도의 제어부로 전송된다. 상기 버스 바 커버에서 버스 바 어셈블리가 위치하는 면의 반대면에는 온도 커넥터 및 전압 커넥터가 실장될 수 있다. 상기 온도 커넥터 및 전압 커넥터와 상기 제어부는 와이어에 의해 전기적으로 연결된다. 상기 제어부는 예를 들어 전지관리 시스템인 BMS(Battery Management System)일 수 있다.In one preferred embodiment, the battery module includes means for detecting temperature and voltage in order to prevent overheating, malfunction, and the like, and to improve safety. Temperature information and voltage information measured by these means are transmitted to a separate controller do. A temperature connector and a voltage connector may be mounted on an opposite surface of the bus bar cover on which the bus bar assembly is located. The temperature connector and the voltage connector and the control unit are electrically connected by a wire. The control unit may be, for example, a battery management system (BMS), which is a battery management system.
또한, 상기 버스 바 커버의 외면에 위치하는 온도 커넥터, 전압 커넥터, 및 와이어 등의 부재를 외부로부터 절연 및 보호하기 위한 와이어 커버가 추가로 포함될 수 있다.Further, a wire cover for insulating and protecting a member such as a temperature connector, a voltage connector, and a wire located on the outer surface of the bus bar cover from the outside may be further included.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다. The present invention also provides a battery pack including the battery module as a unit module.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The battery pack may be manufactured by assembling the battery module as a unit module according to a desired output and capacity. In consideration of mounting efficiency and structural stability, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, A storage device, etc., but the scope of application is not limited thereto.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치일 수 있다.Accordingly, the present invention provides a device comprising the battery pack as a power source, and the device can be specifically an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle or a power storage device.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 냉각핀들이 전지셀들 사이에 개재되어 있고 냉각핀의 단부가 전지셀 적층체의 측면으로 돌출되어 열전달 패드를 통하여 냉각부재에 열이 전달되어 냉각을 수행하는 구조로 이루어지므로, 많은 부재들을 사용하지 않고도 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.As described above, in the battery module according to the present invention, the cooling fins are interposed between the battery cells, the ends of the cooling fins protrude to the side of the battery cell stack body, heat is transferred to the cooling member through the heat transfer pads, So that high cooling efficiency can be achieved without using many members.
또한, 종래의 냉각 시스템에 기반하지 않고도 전지셀로부터 발생한 열을 외부로 효과적으로 제거할 수 있으므로, 결과적으로 조립 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매우 콤팩트한 전지모듈을 구성할 수 있는 효과가 있다.Further, since the heat generated from the battery cells can be effectively removed to the outside without being based on the conventional cooling system, the assembly processability can be improved as a result, and a very compact battery module can be constructed.
도 1은 전지모듈에 장착되는 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 분해 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 4는 도 3의 분해 사시도이다;
도 5는 도 3의 평면도이다;
도 6은 도 5의 A-A부위를 나타내는 단면도이다;
도 7은 도 5의 B-B부위를 나타내는 단면도이다;
도 8은 도 7의 C 부위에 관한 확대도이다.1 is a perspective view of a battery cell mounted on a battery module;
Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1;
3 is a perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
Figure 4 is an exploded perspective view of Figure 3;
Figure 5 is a plan view of Figure 3;
6 is a cross-sectional view showing the AA region of FIG. 5;
7 is a cross-sectional view showing the BB region of FIG. 5;
8 is an enlarged view of a portion C in Fig.
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 1은 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 is a perspective view of an exemplary battery cell mounted on a battery module of the present invention, and FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of FIG.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은, 파우치형 전지케이스(110) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(120)가 그것의 양극 및 음극 탭들(122, 124)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(132, 134)가 일측 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.Referring to these figures, the pouch-shaped
전지케이스(110)는 전극조립체(120)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(112)를 포함하는 상부 케이스(114) 및 하부 케이스(116)로 이루어져 있다.The
폴딩형 또는 스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(120)는 다수의 양극 탭들(122)과 다수의 음극 탭들(124)이 각각 융착되어 전극단자(132, 134)에 함께 결합되어 있다. 또한, 상부 케이스(114) 및 하부 케이스(116)의 외주면이 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자(132, 134) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자(132, 134)와 전지케이스(110)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자(132, 134)의 상하면에 절연필름(140)이 부착된다.The
상부 케이스(114)와 하부 케이스(116)는 외측 수지층(117), 차단성 금속층(118) 및 내측 수지층(119)으로 구성되어 있고, 내측 수지층(119)은 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.The
전해액이 함침된 전극조립체(120)를 수납부(112)에 안착한 상태에서 상부 케이스(114) 및 하부 케이스(116)의 외주면 접촉부위를 열융착 시키면 실링부가 형성된다.When the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 분해 사시도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of FIG.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(200)은 전지셀(410)이 카트리지(430)에 장착되어 있는 구조 다수 개를 상하로 적층한 전지셀 적층체(400), 전지셀들(410)의 계면에 개재되어 있는 냉각핀들(420), 전지셀 적층체(400)의 하단면과 상단면을 감싸는 상부 플레이트(310) 및 하부 플레이트(320), 전지셀 적층체(400)의 양측 측면에 장착되어 있는 냉각부재(600)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the
냉각핀(420)은 열전도성이 높은 금속 소재의 판재로 이루어져 있으며, 전지셀(410)에 밀착되어 전지셀(410)에서 발생한 열이 전도된 후, 냉각핀(420)의 단부를 통해 냉각부재(600)로 열을 전도한다.The cooling
전지 카트리지(430)는 각각의 전지셀(410) 외주면을 고정하는 구조로 이루어져 있으며, 평면상으로 냉각부재(600)가 수용되어, 정위치에 고정될 수 있도록 일측 단부 방향으로 단차(432)가 형성되어 있다.The
또한, 전지셀 적층체(400)의 일측 단부에는 버스 바 어셈블리(700)가 장착되어있고, 전지셀들(410)의 돌출된 양극 단자들과 음극 단자들은 버스 바 어셈블리(700)에 의해 전기적으로 연결된다. 이러한 버스 바 어셈블리(700)의 외측에는 전기절연성 버스 바 커버(800)가 장착되어 있어서 버스 바 어셈블리(700)의 전기적 접속 부위가 외부로부터 절연되도록 하는 구조로 이루어져 있다.The
버스 바 커버(800)에서 버스 바 어셈블리(700)가 위치하는 면의 반대면에는 온도 커넥터(810)와 전압 커넥터(820)가 실장되어 있다. 따라서, 온도 커넥터(810) 및 전압 커넥터(820)는, 예를 들어, 와이어 등으로 별도의 제어부와 연결되는 구조를 이룬다.A
또한, 버스 바 커버(800)의 외측에는 온도 커넥터(810), 전압 커넥터(820), 및 이들과 연결되는 와이어 등을 외부로부터 절연시키기 위한 와이어 커버(900)가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.The
도 5에는 도 3의 평면도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 A-A부위에 관한 단면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5의 B-B부위에 관한 단면도가 도시되어 있다.Fig. 5 is a plan view of Fig. 3, Fig. 6 is a sectional view taken along the line A-A of Fig. 5, and Fig. 7 is a sectional view taken along the line B-B of Fig.
이들 도면을 참조하면, 전지셀들(410)이 적층 배열되어 있고, 각각의 전지셀들(410)의 외주면은 전지 카트리지(430)에 의해 고정되어 있다. 전지 카트리지(430)의 모서리 부위에는 체결구들이 형성되어 있어서, 체결구를 관통하고, 상부 플레이트(310) 및 하부 플레이트(320)에 결합되는 체결부재에 의해, 전지셀(410)이 카트리지(430)에 의해 고정된 구조의 적층체(전자셀 적층체: 400)가 상부 플레이트(310)와 하부 플레이트(320) 사이에 고정된다.Referring to these figures, the
도 8에는 도 7의 C 부위를 확대한 구조가 모식적으로 도시되어 있다.Fig. 8 schematically shows a structure in which the C region in Fig. 7 is enlarged.
도 8을 도 7과 함께 참조하면, 전지셀(410)의 외주면은 카트리지(430)에 의해 압박되어 카트리지(430)에 전지셀(410)이 고정되는 구조로 이루어져 있다. 카트리지(430)와 전지셀(410) 사이에는 냉각핀(420)이 위치하여 전지셀(410) 및 카트리지(430)의 외면에 대응하는 형상으로 절곡되어 있고, 냉각핀(420)의 단부는 카트리지(430)의 단부를 감싸도록 수직으로 절곡(A)되어 있다. 따라서, 전지셀(410)이 고정된 카트리지(430)가 적층되었을 때, 수직으로 절곡된 냉각핀(420)의 단부들은 상하 방향의 일직선상에서 정렬되는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 8 together with FIG. 7, the outer circumferential surface of the
냉각핀(420)은 전지셀(410)의 상면과 접하는 제 1 냉각핀(422), 및 전지셀(410)의 하면과 접하는 제 2 냉각핀(424)으로 구분되며, 각각 전지셀(410)의 상면 및 하면의 형상에 대응하여 절곡된 구조로 이루어져 있다.The cooling
열전달 패드(500)는 냉각핀(422, 424)의 단부와 냉각부재(600) 사이에 위치하면서 냉각핀(422, 424)의 열을 냉각부재(600)에 효율적으로 전달하게 하는 부재로서, 냉각핀(422, 424)의 단부와 냉각부재(600) 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 탄성 및 복원력을 가진 소재로 이루어진다. 따라서, 전지셀 적층체(400)의 측면에 냉각부재(600)를 장착하였을 때, 냉각부재(600)가 전지셀 적층체(400)의 측면을 열전달 패드(500)를 통해 압박하게 되고, 따라서 전지셀 적층체(400)의 구조적 안정성 및 열전도성을 향상시키는 구조로 이루어져 있다.The
냉각부재(600)는 내부에 냉매 유로(610)가 형성되어 있어서, 냉매유로(610)를 통해 냉각수가 유동하여 냉각을 수행한다. 즉, 전지셀(410)에서 발생한 열은 냉각핀(420)을 통해 냉각부재(600)로 전도되고, 냉각부재(600)의 간접 수냉식 냉각에 의해 열을 제거함으로써 전지모듈(200)의 온도를 조절하는 구조로 이루어져 있다.
In the cooling
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)
상기 전지셀들의 외주면을 고정하는 프레임 구조로서 평면상으로 하기의 냉각부재가 수용되도록 일측 단부 방향으로 단차가 형성되어 있는 전지 카트리지;
상기 전지셀 적층체의 하단면과 상단면을 감싸는 상부 플레이트 및 하부 플레이트;
상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있고, 전지셀을 기준으로 전지셀의 상면과 접하는 제 1 냉각핀, 및 전지셀의 하면과 접하는 제 2 냉각핀을 포함하는 냉각핀들;
상기 냉각핀의 단부는 상기 카트리지의 단부를 감싸도록 수직으로 절곡되되, 전지셀의 외면과 카트리지의 외면에 밀착되도록 전지셀 및 카트리지의 외면에 대응하는 형상으로 절곡되어 있고,
상기 냉각핀들의 돌출 단부에 밀착되어 있는 열전달 패드; 및
상기 열전달 패드에 밀착된 상태로 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면에 장착되어 있고, 내부에 냉매 유로가 형성되어 있는 냉각부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. A battery cell laminate in which battery cells are stacked in a vertical direction;
A battery cartridge having a frame structure for fixing an outer circumferential surface of the battery cells, the battery cartridge comprising:
An upper plate and a lower plate surrounding the lower end face and the upper end face of the battery cell stack body;
A first cooling fin interposed at an interface of the battery cells and having an end protruding from one side or both sides of the battery cell stack body and contacting an upper surface of the battery cell with respect to the battery cell, 2 cooling fins including cooling fins;
The end of the cooling fin is bent in a shape corresponding to the outer surface of the battery cell and the cartridge so as to be in close contact with the outer surface of the battery cell and the outer surface of the cartridge,
A heat transfer pad closely attached to a protruding end of the cooling fins; And
A cooling member mounted on one side or both sides of the battery cell laminate in a state of being in tight contact with the heat transfer pad and having a refrigerant flow path formed therein;
The battery module comprising:
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