KR101560217B1 - Battery Module of Improved Cooling Efficiency - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스 내에 수납되어 있고, 상기 전극조립체와 연결된 양극리드 및 음극리드가 전지케이스의 외부로 돌출된 구조의 전지셀들, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들, 상기 전지셀들의 적층 구조인 전지셀 적층체의 적어도 일면에 장착되어 있는 냉각 부재, 및 상기 전지셀 적층구조와 냉각 부재 사이에 개재되어 있고, 전지셀들의 양극리드 및 음극리드 중의 적어도 하나의 전극리드의 단부에 접촉되어 있는 전기절연성 열전도 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다. The present invention relates to a battery cell in which an electrode assembly including an anode, a cathode and a separator is housed in a battery case, a cathode lead and a cathode lead connected to the electrode assembly are protruded to the outside of the battery case, A cooling member mounted on at least one side of the battery cell stack, which is a stacked structure of the battery cells, and a cooling member interposed between the battery cell stack structure and the cooling member, And an electrically insulating thermally conductive member which is in contact with an end of at least one of the electrode leads of the positive electrode lead and the negative electrode lead of the battery module.
Description
본 발명은 냉각 효율이 향상된 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스 내에 수납되어 있고, 상기 전극조립체와 연결된 양극리드 및 음극리드가 전지케이스의 외부로 돌출된 구조의 전지셀들, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들, 상기 전지셀들의 적층 구조인 전지셀 적층체의 적어도 일면에 장착되어 있는 냉각 부재, 및 상기 전지셀 적층구조와 냉각 부재 사이에 개재되어 있고, 전지셀들의 양극리드 및 음극리드 중의 적어도 하나의 전극리드의 단부에 접촉되어 있는 전기절연성 열전도 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module having improved cooling efficiency, and more particularly, to a battery module having an electrode assembly including an anode, a cathode and a separator housed in a battery case, and a cathode lead and a cathode lead connected to the electrode assembly, A plurality of battery cells each having a structure protruding to the outside, a plurality of cartridges each having the battery cells fixed thereto to form a battery cell laminate structure, a cooling member mounted on at least one side of the battery cell laminate, And an electrically insulating heat conduction member interposed between the battery cell laminated structure and the cooling member and contacting an end of at least one electrode lead of the positive electrode lead and the negative electrode lead of the battery cells.
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.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.2. Description of the Related Art [0002] In a middle- or large-sized device such as an automobile, a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used due to the necessity of a high output large capacity.
이러한 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 such a middle- or large-sized battery module is preferably manufactured with 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, . 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, 고출력 대용량의 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다.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 a laminate sheet of a pouch-type battery widely used for a high output large-capacity battery module is coated with a polymer material having a 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 stacks adjacent battery cells spaced apart at regular intervals 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 a 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-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 많은 부재들을 사용하지 않고, 전지셀의 온도 편차를 줄이고, 콤팩트한 구조에도 불구하고 냉각 효율성을 향상시킬 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery module which can reduce the temperature deviation of the battery cell and improve the cooling efficiency in spite of a compact structure without using many members.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,According to an aspect of the present invention,
양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스 내에 수납되어 있고, 상기 전극조립체와 연결된 양극리드 및 음극리드가 전지케이스의 외부로 돌출된 구조의 전지셀들;A battery cell in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator is housed in a battery case, a cathode lead and a cathode lead connected to the electrode assembly are protruded to the outside of the battery case;
상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들;Cartridges for fixing the battery cells to form a battery cell stack structure;
상기 전지셀들의 적층 구조인 전지셀 적층체의 적어도 일면에 장착되어 있는 냉각 부재; 및A cooling member mounted on at least one surface of the battery cell stack body which is a stacked structure of the battery cells; And
상기 전지셀 적층구조와 냉각 부재 사이에 개재되어 있고, 전지셀들의 양극리드 및 음극리드 중의 적어도 하나의 전극리드의 단부에 접촉되어 있는 전기절연성 열전도 부재;An electrically insulating heat conduction member interposed between the battery cell laminate structure and the cooling member and contacting an end of at least one electrode lead of the positive electrode lead and the negative electrode lead of the battery cells;
를 포함하는 구조로 이루어져 있다.As shown in FIG.
일반적으로 전지셀 내부의 온도 상승 시, 전지케이스의 외면보다, 전지케이스 내부의 전극조립체와 연결되어 전지케이스 외부로 노출된 전극리드에서 온도가 급상승하게 되며, 전지셀의 전지케이스를 냉각시키는 종래의 냉각 구조에서는 전극리드를 직접적으로 냉각시키는 구조가 포함되지 않으므로, 전지셀의 온도 편차가 상승하게 되어 냉각 효율성이 떨어지는 단점이 있었다.Generally, when the internal temperature of the battery cell rises, the temperature of the electrode lead connected to the electrode assembly inside the battery case is exposed to the outside of the battery case, The cooling structure does not include a structure for directly cooling the electrode leads, so that there is a disadvantage that the temperature fluctuation of the battery cells rises and the cooling efficiency becomes poor.
그러나, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀의 발열 시 온도가 특히 높게 상승하는 전극리드 부분을 전기절연성 열전도 부재를 통해 냉각 부재에 의해 냉각시키는 구조를 포함함으로써, 간단한 냉각 구조로 전지셀의 온도편차를 낮추고 냉각 효율성을 향상시켜 발화 또는 폭발에 대한 안전성을 향상시키는 구조로 이루어져 있다.However, since the battery module according to the present invention includes a structure in which the electrode lead portion whose temperature rises particularly high during the heat generation of the battery cell is cooled by the cooling member through the electrically insulating heat conduction member, And improves cooling efficiency to improve safety against ignition or explosion.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀로 이루어지며, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성하는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 판상형 전지셀은 양극 및 음극 단자들이 전지셀의 본체 일측에 돌출되어 있는 구조, 또는 하나의 전극단자가 전지셀의 본체 일측으로 돌출되어 있고, 다른 하나의 전극단자가 그것에 대향하는 반대쪽 또는 인접한 측부에 돌출된 구조로도 이루어질 수 있다.In one specific example, the battery cell is preferably formed of a plate-shaped battery cell so as to provide a high lamination ratio in a limited space, and is stacked so that one surface or both surfaces of the battery cell faces to adjacent battery cells to form a battery cell stack body . ≪ / RTI > Such a plate-shaped battery cell has a structure in which positive and negative terminals are protruded to one side of the battery cell, or one electrode terminal protrudes to one side of the main body of the battery cell, and the other electrode terminal is opposite to or adjacent to the side As shown in Fig.
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 . The pouch-type battery cell is generally composed of a pouch-type battery case, and the battery case includes an outer covering layer made of a polymer resin having excellent durability, a barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, And an inner sealant layer made of a polymer resin that can be fused.
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.
상기 파우치형 전지셀은 카트리지에 의해 고정된 상태로 적층되는 바, 구체적으로, 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면 밀봉부가 카트리지들 사이에 개재되어 압박됨으로써 카트리지에 파우치형 전지셀이 고정되는 구조를 이룰 수 있다.The pouch-shaped battery cells are stacked in a state of being fixed by a cartridge. Specifically, the pouch-shaped battery cells are fixed to the cartridge by interposing the heat-sealed outer circumferential sealing portions of the pouch- Can be achieved.
상기 전지셀의 전극리드의 단부는 카트리지의 외면에 밀착되도록 절곡된 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 카트리지 외측으로 돌출된 전극리드의 단부는 대략 90도 각도로 절곡되어 카트리지 외면에 밀착될 수 있다. 이러한 구조는 상기 전기절연성 열전도 부재와의 접촉 면적을 증가시켜 열전도 효율을 높여 냉각 효과를 더욱 향상시킨다.The end of the electrode lead of the battery cell may be bent to be in close contact with the outer surface of the cartridge. Specifically, the end of the electrode lead protruding outward of the cartridge can be bent at an angle of about 90 degrees and can be brought into close contact with the outer surface of the cartridge. This structure increases the contact area with the electrically insulating heat conduction member to increase the heat conduction efficiency and further improve the cooling effect.
하나의 구체적인 예에서, 전지모듈에는 냉각 핀이 추가로 장착될 수 있는 바, 이러한 냉각 핀의 구조에 관한 구체적인 예로, 상기 냉각 핀의 일측 부위는 전지셀들의 사이에 개재되어 있고, 냉각 핀의 나머지 부위는 전기절연성 열전도 부재를 통과하여 전기절연성 열전도 부재와 냉각 부재사이에 절곡된 상태로 개재되어 있는 구조로 형성될 수 있다.In one specific example, the battery module may further include a cooling fin. In a specific example of the structure of the cooling fin, one side of the cooling fin is interposed between the battery cells, The portion may be formed in a structure in which it is interposed between the electrically insulating heat conduction member and the cooling member in a bent state through the electrically insulating heat conduction member.
이 때, 전극리드와 접촉하면서 발생하는 쇼트를 방지하기 위하여, 상기 절곡된 상태로 연장된 부위는 전기절연성 열전도 부재와 냉각 부재 사이에 위치하는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 전극리드의 단부는 카트리지의 외면에 밀착되어 카트리지와 전기절연성 열전도 부재 사이에 위치하며, 냉각 핀의 단부는 전기절연성 열전도 부재와 냉각 부재 사이에 위치하는 구조로 이루어져 있어서, 이들의 단부는 전기절연성 열전도 부재에 접촉되지 않고 절연되는 구조로 이루어질 수 있다.In this case, in order to prevent a short circuit that may occur when the electrode lead is in contact with the electrode lead, the bent portion may be positioned between the electrically insulating heat conduction member and the cooling member. That is, the end of the electrode lead is in close contact with the outer surface of the cartridge and is positioned between the cartridge and the electrically insulating heat conduction member, and the end of the cooling fin is located between the electrically insulating heat conduction member and the cooling member, And may be made of a structure that is insulated without being in contact with the insulating heat conduction member.
상기 냉각핀은 열전도성을 가지는 박형의 부재라면 그것의 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재의 시트가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The structure of the cooling fin is not particularly limited as long as it is a thin member having thermal conductivity. For example, a sheet of a metal material can be preferably used. The metal material may be aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity and light weight among metals, but is not limited thereto.
상기 전기절연성 열전도 부재는 전지셀 적층구조와 냉각 부재 사이에 위치하면서, 전지셀 적층구조 및 전극리드의 단부의 열을 냉각 부재에 효율적으로 전달하게 하는 부재로서, 상기 전지셀 적층구조 및 전극리드와 냉각 부재 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 하나의 예로, 실리콘에 열전도성 물질을 조합하여 열전달 패드를 제조함으로써 탄성과 열전도성이 동시에 발휘되는 구조로 이루어질 수 있다.The electrically insulating thermally conductive member is a member that is positioned between the battery cell laminate structure and the cooling member and efficiently transfers heat of the battery cell laminate structure and the end portion of the electrode lead to the cooling member, And may be made of an elastic material to improve the adhesion between the cooling members. 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 냉각 부재는 열전도성을 가지는 부재라면 그것의 소재가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.If the cooling member is a thermally conductive member, its material is not particularly limited, and for example, a metal material may be preferably used. The metal material may be aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity and light weight among metals, but is not limited thereto.
또한, 상기 냉각 부재는 공냉식 또는 수냉식 부재로서, 외부 공기와의접촉면을 최대화한 구조이거나 또는 냉각수가 유동하는 냉매유로가 형성되어 있는 구조일 수 있다. The cooling member may be an air-cooling or water-cooling member having a structure maximizing a contact surface with outside air, or a structure in which a coolant channel through which cooling water flows is formed.
상기 전지셀은 전지모듈 및 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 이차전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.The battery cell may be a secondary battery capable of providing a high voltage and a high current when the battery module and the battery pack are constructed. For example, the battery cell may be a lithium secondary battery having a large energy storage amount per volume.
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 전지셀의 발열 시 온도가 특히 많이 상승하는 전극리드 부분을 전기절연성 열전도 부재를 통해 냉각 부재에 의해 냉각시키는 구조를 포함함으로써, 콤팩트한 냉각 구조로 전지셀의 온도편차를 낮추고 냉각 효율성을 향상시켜 발화 또는 폭발에 대한 안전성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the battery module according to the present invention includes a structure in which the electrode lead portion, in which the temperature particularly increases during the heat generation of the battery cell, is cooled by the cooling member through the electrically insulating heat conduction member, The temperature deviation of the battery cell is lowered and the cooling efficiency is improved, thereby improving the safety against ignition or explosion.
도 1은 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈의 구성요소를 결합시킨 구조에서 냉각이 수행되는 부위를 나타내는 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 5는 도 4의 전지모듈의 구성요소를 결합시킨 구조에서 냉각이 수행되는 부위를 나타내는 모식도이다.1 is a perspective view of one exemplary battery cell mounted in a battery module;
2 is an exploded perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic view showing a region where cooling is performed in a structure in which constituent elements of the battery module of FIG. 2 are combined;
4 is an exploded perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a schematic view showing a region where cooling is performed in a structure in which constituent elements of the battery module of FIG. 4 are combined.
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.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 일반적으로 전지모듈에 포함되는 하우징, 케이블, 보호회로 부재 등은 생략하였다.For convenience of explanation, a housing, a cable, a protection circuit member, and the like included in the battery module are omitted in this specification.
도 1에는 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 1 is a perspective view of an exemplary battery cell mounted on a battery module of the present invention.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(110)은, 파우치형의 전지케이스(112) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(114, 116)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.1, a pouch-shaped
전지케이스(112)는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있다.The
전해액이 함침된 전극조립체를 수납부(118)에 안착한 상태에서 상부 케이스 및 하부 케이스의 외주면 접촉부위(113)를 열융착 시키면 실링부가 형성된다. 이러한 실링부는 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시킨 구조로 이루어져 있다. A sealing portion is formed by thermally fusing the outer circumferential
도 2에는 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지모듈의 구성요소를 결합시킨 구조에서 냉각이 수행되는 부위를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view illustrating a region where cooling is performed in a structure in which components of the battery module of FIG. 2 are combined .
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지모듈(100)은 파우치형 전지셀들(110, 110’), 카트리지들(120, 120’), 냉각 부재(140), 및 전기절연성 열전도 부재(130)를 포함하는 구조로 이루어져 있다. 2 and 3, the
전지셀들(110, 110’)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형의 전지케이스 내부에 수납되어 있고, 전극조립체와 연결된 양극리드(114) 및 음극리드(116)가 전지케이스(112) 외부로 돌출되어 있는 판상형 구조로 형성되어 있으며, 카트리지들(120, 120’)은 전지셀들(110, 110’)을 각각 고정하여 전지셀(110, 110’) 적층구조를 형성한다. The positive electrode leads 114 and the negative electrode leads 116 connected to the electrode assembly are housed in the
냉각 부재(140)는 전지셀(110, 110’) 적층체의 일면에 장착되어 전지셀들(110, 110’)의 열을 전도받아서 냉각을 수행하며, 전기절연성 열전도 부재(130)는 전지셀(110, 110’) 적층구조와 냉각 부재(140) 사이에 개재되어, 전지셀(110, 110’)의 전극리드의 단부(115)와 접촉되어 있다. The cooling
이러한 전지셀들(110, 110’)에서 돌출된 전극리드의 단부(115)는 카트리지(120, 120’)의 외면에 밀착되도록 90도 각도로 절곡되어 있어서, 전기절연성 열전도 부재(130)와의 접촉 면적을 증가시켜 열전도 효율을 향상시킨다. 또한, 전극리드의 단부(115)는 상호 인접한 전지셀(110, 110’)의 전극리드와의 접촉을 방지하기 위해서 전지셀들(110, 110’)의 전극리드의 단부(115)가 절곡된 방향과 반대 방향으로 절곡되어 상호 대칭 구조를 이룬다. The ends 115 of the electrode leads protruding from the
전기절연성 열전도 부재(130)는 전지셀(110, 110’) 적층구조 및 전극리드의 단부(115)의 열을 냉각 부재(140)에 효율적으로 전달하게 하며 탄성을 가진 부재로서, 전기절연성 및 열전도성이 뛰어난 소재로 이루어지며, 전지셀(110, 110’) 적층구조 및 전극리드(114, 116)와 냉각 부재(140) 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 실리콘에 열전도성 물질을 조합하여 제조된다.The electrically insulating thermally
또한, 냉각 부재(140)는 외부 공기와의 접촉면을 최대화한 공냉식 구조이거나 또는 냉각수가 유동하는 냉매유로가 형성된 수냉식 냉각 구조가 포함될 수 있으며, 상기와 같은 냉각 구조를 도면에 도시하지는 않았지만 한정되지 않고 다양한 냉각 구조가 사용될 수 있음은 물론이다.In addition, the cooling
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도가 도시되어 있고 도 5에는 도 4의 전지모듈의 구성요소를 결합시킨 구조에서 냉각이 수행되는 부위를 나타내는 모식도가 도시되어 있다. FIG. 4 is an exploded perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic view showing a portion where cooling is performed in a structure in which components of the battery module of FIG. 4 are combined.
도 4 및 도 5에서는 도 2 및 도 3에 도시된 구조에 냉각 핀(150, 150’)을 추가하였다는 점을 제외하고는 다른 구조는 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.In FIGS. 4 and 5, other structures are the same, except that cooling pins 150 and 150 'are added to the structures shown in FIGS. 2 and 3, and a duplicate description will be omitted.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전지모듈의 냉각 효율을 더욱 향상시키기 위한 구조로서, 전기절연성 열전도 부재(130)와 냉각 부재(140) 사이에 냉각 핀(150, 150’) 이 장착되어 있으며, 냉각 핀(150, 150’)의 일측 부위는 전지셀들(110, 110’) 사이에 개재되어 있고, 냉각 핀(150, 150’)의 나머지 부위는 전기절연성 열전도 부재(130)가 개재된 상태에서 전극리드의 단부(115)에 대면하도록 절곡된 상태로 연장되어 있는 구조로 형성되어 있다.4 and 5, cooling pins 150 and 150 'are mounted between the electrically insulating
절곡된 상태로 연장된 부위(155)는 전기절연성 열전도 부재(130)와 냉각 부재(140) 사이에 위치하여, 전극리드와 접촉하면서 발생하는 쇼트를 방지한다. 즉, 전극리드의 단부(115) 는 카트리지(120, 120’)의 외면에 밀착되어 카트리지(120, 120’)와 전기절연성 열전도 부재(130) 사이에 위치하며, 냉각 핀(150, 150’)의 절곡되어 있는 단부 부위(155)는 전기절연성 열전도 부재(130)와 냉각 부재(140) 사이에 위치하는 구조로 이루어져 있어서, 그것들의 단부는 전기절연성 열전도 부재(130)에 의하여 접촉되지 않고 절연되는 구조로 이루어져 있다.
The
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (17)
상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들;
상기 전지셀들의 적층 구조인 전지셀 적층체의 적어도 일면에 장착되어 있는 냉각 부재; 및
상기 전지셀 적층구조와 냉각 부재 사이에 개재되어 있고, 전지셀들의 양극리드 및 음극리드 중의 적어도 하나의 전극리드의 단부에 접촉되어 있는 전기절연성 열전도 부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.A battery cell in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator is housed in a battery case, a cathode lead and a cathode lead connected to the electrode assembly are protruded to the outside of the battery case;
Cartridges for fixing the battery cells to form a battery cell stack structure;
A cooling member mounted on at least one surface of the battery cell stack body which is a stacked structure of the battery cells; And
An electrically insulating heat conduction member interposed between the battery cell laminate structure and the cooling member and contacting an end of at least one electrode lead of the positive electrode lead and the negative electrode lead of the battery cells;
The battery module comprising:
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