KR101806733B1 - 배터리 셀 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 셀 냉각 구조에 관한 것으로서, 특히 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과; 상기 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되는 리드탭과; 상기 리드탭 외측에 구비되어 상기 리드탭에 냉각풍을 보내 상기 리드탭을 냉각시키는 덕트로 구성되어, 덕트를 통해 리드탭을 냉각시켜 차량용 배터리의 냉각 성능은 유지시키는 동시에 셀을 적층시켜 내구성을 향상시키고, 종래에 사용되던 히트 플레이트와 냉각 유로를 삭제시킴으로써 배터리 구조의 중량 및 체적에 대한 에너지 밀도를 증대시켜 상품성을 높이는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

배터리 셀 냉각 구조{Cooling structure for battery cell}

본 발명은 배터리 셀 냉각 구조에 관한 것으로서, 특히 차량용 배터리 구조에서 냉각 성능을 유지하면서 부피를 최소화하여 에너지 밀도를 향상시키기 위한 배터리 셀 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다.

이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결되는데, 특히 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않고, 그 자체만으로 적층 상태를 유지하는 것이 쉽지 않기 때문에 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해 카트리지를 이용하는 경우가 많다.

카트리지는 보통 중앙 부분이 비어 있는 사각 플레이트 형태로 구성되는 경우가 많으며, 이때 4개의 변 부분이 파우치형 이차 전지의 외주부를 감싸도록 구성되고, 이러한 카트리지는 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 이차 전지는 카트리지가 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.

한편, 종래의 배터리 모듈의 경우 냉각 성능을 확보하기 위해 직간접 수냉, 공냉 등 다양한 방법을 적용하고 있다. 그러나, 일반적으로 기존 배터리 모듈의 경우 충방전 시 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각을 하기 위한 공간을 마련하거나 추가적인 냉각 부재를 결합하여 사용한다.

특히, 종래 냉각 방식의 경우 냉매의 유동 또는 열전도를 위한 셀 커버 또는 냉각 플레이트(히트 싱크 플레이트)와 같은 금속 재질의 냉각 부재를 사용하는 경우가 많다.

그러나, 이처럼 냉각 부재를 추가로 구비하거나, 냉각을 위한 공간을 마련하는 경우 일정 공간이 필요하게 되어 배터리 모듈의 전체적인 부피가 증가할 수밖에 없고 구조를 복잡하게 만드는 단점을 가지고 있으며, 이로 인해 배터리 모듈 제조 시 공정성이 떨어지고, 소형화에 한계가 있으며, 제조 비용 및 시간도 증가시키는 문제점이 있었다.

특허 1 : 일본 공개특허공보 특개2011-29103호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 배터리 셀 냉각 구조에 관한 것으로서, 특히 차량용 배터리 구조에서 냉각 성능을 유지하면서 부피를 최소화하여 에너지 밀도를 향상시키기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과; 상기 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되는 리드탭과; 상기 리드탭 외측에 구비되어 상기 리드탭에 냉각풍을 보내 상기 리드탭을 냉각시키는 덕트;를 포함함으로써 달성된다.

상기 복수의 셀은 병렬구조로 상호 부착되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 리드탭에는 상기 덕트를 통해 유입되는 냉각풍이 상기 리드탭으로 유입되도록 복수의 냉각홀이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 냉각홀은 사각홀 형상으로 이루어지며, 냉각풍 방향으로 가이드가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 리드탭의 일단은 셀 내부에 용접되되, 상기 리드탭 외측에는 상기 셀과 상기 리드탭을 실링시키는 실링부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 리드탭은 양극단자와 음극단자로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 냉각홀은 상기 양극단자와 상기 음극단자의 동일한 위치에 형성되어 상기 덕트를 통해 유입되는 냉각풍에 의해 방열 유로 구조를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과; 상기 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되고, 복수의 냉각홀이 형성되는 리드탭과; 상기 리드탭 외측에 구비되어 상기 리드탭의 냉각홀에 냉각풍을 보내 방열 유로 구조를 형성하여 상기 리드탭을 냉각시키는 덕트;를 포함함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 덕트를 통해 리드탭을 냉각시켜 차량용 배터리의 냉각 성능은 유지시키는 동시에 셀을 적층시켜 내구성을 향상시키고, 종래에 사용되던 히트 플레이트와 냉각 유로를 삭제시킴으로써 배터리 구조의 중량 및 체적에 대한 에너지 밀도를 증대시켜 상품성을 높이는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조에서 적층된 셀과 리드탭을 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조에서 셀과 리드탭을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조에서 리드탭을 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조에서 원형 냉각홀이 형성된 리드탭을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 배터리 셀 냉각 구조에서 사각형 냉각홀이 형성된 리드탭을 도시하는 단면도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배터리 셀 냉각 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 셀과, 셀 양단에 구비되는 리드탭과, 리드탭을 냉각시키는 덕트를 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 셀은 복수 개 구비되어 적층된 상태로 병렬구조를 형성한다.

이때, 복수의 셀은 병렬구조로 상호 부착되어 셀과 셀 사이에 공간이 형성되지 않도록 한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 리드탭은 셀 양단에서 외측 방향으로 돌출된 상태로 구비되어 양극 또는 음극을 형성하도록 한다.

덕트는 리드탭 외측에 구비되어 리드탭에 냉각풍을 보낼 수 있게 하여 리드탭을 냉각시키는 것이 가능하게 한다.

여기서, 덕트에 냉각풍을 제공하는 블로어(미도시)는 외부에 구비되며, 덕트와 블로어는 상호 연결되도록 한다.

이때, 리드탭에는 덕트를 통해 유입되는 냉각풍이 리드탭으로 유입되도록 복수의 냉각홀이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 냉각홀은 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 원형으로 형성되는 것을 기본으로 하되 다른 모양으로 형성되게 할 수도 있다.

이때, 냉각홀은 도 6에 도시된 바와 같이 사각홀 형상으로 이루어질 수도 있으며, 냉각홀이 사각홀 형상인 경우 냉각풍이 이동하는 방향으로 가이드가 형성되도록 하여 냉각풍 이동을 용이하게 하고, 이로 인해 리드탭의 냉각 효율성을 향상시키도록 한다.

여기서, 리드탭과 셀은 고정력을 향상시키기 위해 리드탭 일단이 셀 내부에 용접된다.

이때, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 리드탭 외측에는 실링부가 형성되어 셀과 리드탭을 실링시키도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 리드탭은 양극단자와 음극단자로 이루어지도록 하여 셀이 양극과 음극을 형성하도록 한다.

또한, 리드탭에 형성된 복수의 냉각홀은 양극단자와 음극단자의 동일한 위치에 형성되도록 하여 덕트를 통해 유입되는 냉각풍에 의해 리드탭을 냉각시킬 때 리드탭에 방열 유로 구조를 형성하도록 하여 리드탭 냉각 효율을 향상시키도록 한다.

이때, 냉각 성능을 최적화시키기 위해 리드탭의 폭, 길이 및 냉각홀의 형상은 변경 가능하게 하는 것이 바람직하다.

이처럼, 본 발명은 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과, 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되는 리드탭과, 리드탭 외측에 구비되어 리드탭에 냉각풍을 보내 리드탭을 냉각시키는 덕트로 이루어져, 종래와 같이 셀과 셀 사이에 냉각 유로를 형성하거나 히트 싱크 플레이트가 구비되는 구조가 아닌 리드탭에 냉각홀을 형성시키고 덕트를 통해 냉각풍을 보내 리드탭을 냉각시키는 것으로, 종래에 사용되던 히트 플레이트와 냉각 유로를 삭제시킴으로써 배터리 구조의 중량 및 체적에 대한 에너지 밀도를 증대시키는 동시에, 셀 적층을 통해 내구성을 향상시키며 셀 내부 균일 온도 관리가 용이하게 하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 셀 110 : 리드탭
120 : 냉각홀 130 : 가이드
140 : 실링부 200 : 덕트

Claims (8)

1. 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과;
   상기 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되는 리드탭과;
   상기 리드탭 외측에 구비되어 상기 리드탭에 냉각풍을 보내 상기 리드탭을 냉각시키는 덕트를 포함하되;
   상기 리드탭에는 상기 덕트를 통해 유입되는 냉각풍이 상기 리드탭으로 유입되도록 복수의 냉각홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 셀은 병렬구조로 상호 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각홀은 사각홀 형상으로 이루어지며, 냉각풍 방향으로 가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 리드탭의 일단은 셀 내부에 용접되되, 상기 리드탭 외측에는 상기 셀과 상기 리드탭을 실링시키는 실링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 리드탭은 양극단자와 음극단자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 복수의 냉각홀은 상기 양극단자와 상기 음극단자의 동일한 위치에 형성되어 상기 덕트를 통해 유입되는 냉각풍에 의해 방열 유로 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.
   
8. 적층된 상태로 구비되는 복수의 셀과;
   상기 셀 양단에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하며, 외측 방향으로 돌출되고, 복수의 냉각홀이 형성되어 냉각풍이 유입되는 리드탭과;
   상기 리드탭 외측에 구비되어 상기 리드탭의 냉각홀에 냉각풍을 보내 방열 유로 구조를 형성하여 상기 리드탭을 냉각시키는 덕트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각 구조.

Images