KR102038308B1 - 서로 다른 열전도성의 케이스들을 포함하고 있는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀로서, 상기 전지케이스는, 전극조립체 수납부를 포함하는 제 1 케이스, 및 상기 제 1 케이스와 분리된 상태에서 전극조립체 수납부의 상면에서 제 1 케이스와 열융착되는 제 2 케이스로 구성되며, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 제 2 케이스의 열전도성은 제 1 케이스의 열전도성보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

서로 다른 열전도성의 케이스들을 포함하고 있는 전지셀 {Battery Cell Comprising Cases of Different Heat Conductivity}
본 발명은 서로 다른 열전도성의 케이스들을 포함하고 있는 전지셀에 대한 것이다.
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.
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.
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.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으며, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 그 두께 및 재질 특성상 전지셀 전체의 열전도 향상에 기여하는 효과가 크지 않다.
도 1에는 종래의 일반적인 파우치형 전지의 측면 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지케이스(10)는 전극조립체 수납부(20)를 포함하는 하부 케이스(11) 및 전극조립체 수납부(20) 상면에서 하부 케이스(11)와 열융착되는 상부 케이스(12)로 구성되어 있고, 하부 케이스(11)와 상부 케이스(12)는 서로 분리된 형태일 수 있으며, 또는 연결된 형태일 수도 있다. 일반적으로 상부 케이스(12) 및 하부 케이스(11)를 구성하는 라미네이트 시트의 두께는 서로 동일한 범위에서 100 ㎛ 내외로 형성되는 바, 열전달 통로로 이용되는 라미네이트 시트의 두께가 너무 얇게 형성되는 점을 고려할 때, 전지셀 내부의 온도를 외부로 효과적으로 배출하는 데에 어려움이 있다.
한편, 충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 전지팩 내부의 열을 효과적으로 배출하기 위한 새로운 개념의 전지케이스 내지 전지팩이 필요하다.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 이와 같이 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전지모듈의 크기를 고려하여, 많은 전지셀들을 적층할수록 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로들을 형성하게 되는데, 이로 인해 냉각 구조의 설계가 복잡해지는 문제점이 발생하며, 냉매의 유입구 대비 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로는 높은 압력 손실을 유발하기 때문에, 이를 방지하기 위하여 팬이 추가적으로 설치되기도 하므로, 전력 소모와 팬 소음, 공간 등과 같이 설계상의 제약이 따를 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간단하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 높은 냉각 효율성에 의해 수명 특성과 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 열전도성이 서로 다른 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 구성된 전지케이스를 사용함으로써, 제 1 케이스로는 전지의 조립에 필요한 케이스의 성형을 유지함과 동시에 제 2 케이스로 전지셀 내부의 열을 효과적으로 제거할 수 있는 전지셀을 제공한다. 또한, 이와 같은 구조의 전지셀들을 밀착되게 배열시키는 경우에는, 높은 냉각 효율성을 발휘할 뿐만 아니라, 콤팩트한 구조를 갖는 전지팩을 제공할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀로서, 상기 전지케이스는, 전극조립체 수납부를 포함하는 제 1 케이스, 및 상기 제 1 케이스와 분리된 상태에서 전극조립체 수납부의 상면에서 제 1 케이스와 열융착되는 제 2 케이스로 구성되며, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 제 2 케이스의 열전도성은 제 1 케이스의 열전도성보다 상대적으로 크게 형성되는 구조로 이루어져 있다.
일반적으로 라미네이트 시트로 제조된 전지케이스는 전지셀 내부에서 발생된 열을 외부로 배출하기 위한 열전달 통로가 될 수 있으나, 라미네이트 시트의 두께가 100 μm 정도에 불과하기 때문에 열전도율이 매우 약한 수준이다.
따라서, 본 발명에서는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스를, 전지의 조립에 필요한 성형성을 갖는 제 1 케이스 및 열전도성이 상대적으로 큰 제 2 케이스로 구성함으로써 열전달 통로를 확장하여 결과적으로 냉각 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전체적으로 콤팩트한 전지팩을 제조할 수 있다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로는, 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조의 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 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.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 케이스는 전극조립체 수납부의 상면에 위치하는 케이스로서 열전달 통로의 역할을 하기 위한 구조인 바, 상기 제 2 케이스의 두께는 제 1 케이스의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제 2 케이스를 구성하는 라미네이트 시트에서 외부 피복층과 접착층은 열전달 계수가 낮은 고분자 수지로 이루어져 있기 때문에, 열전달 통로로서의 역할을 기대하기 어렵다. 따라서, 제 2 케이스의 열전도성을 증가시키기 위해서는 금속층의 두께를 증가시키는 것이 바람직한 바, 상기 제 2 케이스의 금속층 두께는 제 1 케이스의 금속층 두께보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 케이스의 금속층 두께는 3 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있고, 상세하게는 5 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있으며, 상기 제 2 케이스의 금속층 두께는 제 1 케이스의 금속층보다 두꺼운 범위에서 20 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있고, 상세하게는 30 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.
상기 제 1 케이스의 금속층 두께가 3 ㎛ 보다 얇은 경우에는, 전지케이스 내부의 전극조립체를 보호하기 위한 내구성이 너무 약해질 수 있으며, 20 ㎛ 보다 두꺼운 경우에는, 전체적인 라미네이트 시트의 두께가 증가할 수 있다. 상기 제 2 케이스의 금속층 두께는 적어도 제 1 케이스의 금속층보다 두껍게 형성되어야 하며, 20 ㎛ 보다 얇은 경우에는 열전달 통로를 증가시키기 위한 목적을 달성하기 어렵고, 50 ㎛ 보다 두꺼운 경우에는 컴팩트한 전지셀을 제조하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 케이스의 열전도성은 제 1 케이스의 열전도성보다 상대적으로 크게 형성되는 구조인 바, 상기 제 1 케이스의 금속층과 제 2 케이스의 금속층은 동일한 소재로 이루어질 수 있고, 이와 같은 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 제 2 케이스의 금속층 두께가 제 1 케이스의 금속층 두께보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 케이스의 금속층과 제 2 케이스의 금속층은 서로 다른 소재로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 상기 제 1 케이스의 금속층 두께와 제 2 케이스의 금속층 두께가 서로 동일한 경우, 제 2 케이스의 금속층은 제 1 케이스의 금속층보다 열전도성이 상대적으로 큰 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예로서, 본 발명은 상기 전지셀을 포함하는 전지팩으로서, 상기 전지셀의 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 열융착면을 따라 냉매 유로가 형성되는 구조의 전지팩을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 전지팩은 복수의 전지셀들을 포함하고 있고, 서로 인접한 제 1 전지셀과 제 2 전지셀에서, 상기 제 1 전지셀의 제 1 케이스와 제 2 전지셀의 제 2 케이스가 대면하도록 배열되어 있는 구조일 수 있는 바, 상기 제 1 전지셀의 제 1 케이스와 제 2 전지셀의 제 2 케이스 사이에는 냉매 유로가 형성되는 구조일 수 있다.
한편, 상기 제 1 전지셀과 제 2 전지셀이 밀착되도록 배열될 수 있는 바, 이와 같은 구조인 경우에는, 제 1 전지셀과 제 2 전지셀 사이에 냉매 유로가 형성될 수 없으나, 밀착 배열된 전지셀들의 외주면에서 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀들 사이에 냉매 유로가 형성되지 않기 때문에 컴팩트한 구조의 전지팩을 제조할 수 있으며, 또는 용량이 증가된 전지팩을 제공할 수도 있다.
다른 하나의 구체적인 예로서, 본 발명은 상기 전지셀을 내장한 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서, 상기 전지셀은 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 열융착면이 지면에 수직인 상태로, 제 1 전지셀의 제 1 케이스와 제 2 전지셀의 제 2 케이스가 대면하도록 밀착 배열되어 있고, 상기 전지팩에는 전지셀의 상기 열융착면의 외주변과 접하도록 냉매 유로가 형성되어 있는 구조의 전지팩을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 전지모듈은 컴팩트한 구조를 형성하기 위하여 전지셀들의 외주면에 대응되는 형상 및 크기로 이루어질 수 있으며, 또는, 상기 전지모듈의 상부 외측면과 전지팩의 상부 내측면 사이 및/또는 전지모듈의 하부 외측면과 전지팩의 하부 내측면 사이는 냉매 유로를 형성할 수 있도록 이격되어 있을 수 있다.
한편, 중대형 디바이스에 적용가능한 전지팩을 제공하기 위하여, 대용량의 전지팩이 필요한 경우에는, 상기 전지모듈은 지면과 평행한 상하 방향으로 배열된 하나 이상의 전지모듈을 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 전지모듈들은 냉매 유로가 형성될 수 있도록 전지모듈들 사이가 이격되어 있는 구조인 것이 바람직하다.
또한, 냉각 효율성을 증가시키기 위하여, 냉매 유로를 설정 시, 전지모듈들의 위치 내지 배열 등을 고려할 필요가 있는 바, 구체적으로, 상기 냉매 유로는 인접한 전지모듈들 사이, 최상단 전지모듈의 상부 외측면과 전지팩의 상부 내측면 사이 및 최하단 전지모듈의 하부 외측면과 전지팩의 하부 내측면 사이에 형성될 수 있다.
한편, 냉각 효율성을 증가시키기 위하여 냉매 유로의 효율적인 설계와 함께, 추가적인 구동 수단을 설치할 수 있는 바, 예를 들어, 상기 전지팩은 냉매의 유동 구동력을 제공할 수 있도록 구동 수단이 추가로 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 사용되는 냉매는, 냉각의 효율성을 높이기 위해서라면 그 종류를 한정하지 않지만, 예를 들어, 공기, 이산화탄소, 할로카본, 물, 암모니아, 탄화수소 및 할로겐 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명은 또한, 소망하는 출력 및 용량에 따라 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)를 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 또는 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전지케이스의 두께 내지 소재가 다른 2종류의 케이스로 구성된 전지케이스를 사용하는 바, 제 1 케이스는 전지의 조립에 필요한 케이스의 성형을 유지할 수 있으며, 제 2 케이스는 높은 열전도성을 갖기 때문에, 전지케이스의 성형성을 유지할 뿐 아니라 전지케이스 내부의 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
따라서, 전지의 열화를 방지함으로써 발화 내지 폭발의 위험을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀들 사이의 냉매 유로를 효과적으로 배치할 수 있으므로 전지팩의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 파우치형 전지셀의 수직 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 도 2의 전지셀에서 A 및 B의 부분 확대도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지팩의 수직 단면도이다;
도 6은 전지셀들로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩의 수직 단면도이다; 및
도 7은 도 6의 전지모듈이 상하 방향으로 적층된 구조의 전지팩의 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있으며, 도 3은 도 2의 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 일부를 확대하여 모식적으로 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은 전극조립체 수납부(110)를 포함하는 제 1 케이스(101) 및 전극조립체 수납부(110) 상면에서 제 1 케이스(101)와 열융착되는 제 2 케이스(102)로 구성되어 있다.
제 1 케이스(101)의 두께(d)는 제 2 케이스(102)의 두께(D)에 비해 얇게 형성되어 있는 바, 제 2 케이스를 통해 전지셀 내부에서 발생하는 열을 효율적으로 배출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 케이스(101) 및 제 2 케이스(102)는 외부 피복층(121, 131), 금속층(122, 132) 및 내부 접착층(123, 133)으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어져 있다.
제 2 케이스(102)는 제 1 케이스(101)에 비해 높은 열전도성을 갖는 구조인 바, 외부 피복층(121, 131) 및 내부 접착층(123, 133)은 열전도성이 낮은 고분자들로 이루어지기 때문에, 실질적으로 열전도성을 증가시키기 위해서는 금속층(122, 132)의 두께를 증가시키는 구성일 수 있다. 따라서, 제 2 케이스(102)의 금속층(122)의 두께(D2)는 제 1 케이스(101)의 금속층(132)의 두께(d2)에 비하여 두껍게 형성된다. 다만 제 2 케이스의 외부 피복층(121)의 두께(D1)는 제 1 케이스의 외부 피복층(131)의 두께(d1)와 동일할 수 있으며, 제 2 케이스의 내부 접착층(123)의 두께(D3)는 제 1 케이스의 내부 접착층(133)의 두께(d3)와 동일할 수 있다. 그러나, 제 제 2 케이스의 금속층(122)의 두께(D2)가 두꺼워짐으로써 전체적인 라미네이트 시트의 두께가 증가하는 것을 방지하기 위해서는 제 2 케이스의 외부 피복층(121) 및 내부 피복층(123)은 제 1 케이스의 외부 피복층(131) 및 내부 접착층(133) 보다 각각 더 얇게 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전지셀을 포함하는 전지팩의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 전지팩(200)은 전지셀들(210, 220, 230, 240)을 포함하고 있으며, 전지팩 내부에 4개의 전지셀들(210, 220, 230, 240)이 수납되어 있으나, 적절한 범위에서 전지셀들의 개수를 조절할 수 있다.
전지셀(210)의 제 1 케이스(211)는 인접하여 위치하는 전지셀(220)의 제 2 케이스(222)와 대면하도록 위치하며, 전지셀(220)의 제 1 케이스(221)는 전지셀(230)의 제 2 케이스와 대면하도록 위치하고 있는 바, 전지셀의 제 2 케이스가 인접한 다른 전지셀의 제 1 케이스와 대면하는 구조로 배치하고 있다.
전지셀들(210, 220, 230, 240) 사이에는 전지셀의 열융착면(213, 223)과 평행하게 냉매 유로가 형성될 수 있도록 이격 공간(251)이 있으며, 전지셀(210)의 제 2 케이스(212)와 전지팩의 내면 사이 및 전지셀(240)의 제 1 케이스(241)와 전지팩의 내면 사이에도 냉매 유로가 형성될 수 있도록 이격 공간(270)이 있다. 이와 같이, 두꺼운 제 2 케이스의 외주변이 냉매 유로와 접하고 있기 때문에 전지셀 내부의 열을 빠르게 배출할 수 있다.
또한, 전지셀의 열융착면(213, 223)이 지면에 수직인 상태로 배열될 때, 전지셀들(210, 220, 230, 240)의 외주면을 구성하는 열융착면을 따라 냉매 유로가 형성되어 있는 바, 전지셀들의 상부 및 하부에는 전지팩의 내면과 이격 공간(252, 253)이 형성되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전지셀을 포함하는 전지팩의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 전지팩(300)은 4개의 전지셀들(310, 320, 330, 340)을 포함하고 있으나, 전지셀들의 개수는 사용되는 디바이스에 필요한 전지용량 등을 고려하여 적절한 범위 내에서 선택될 수 있다.
전지팩(300)과 전지팩(200)을 비교할 때, 전지팩(300)의 전지셀들(310, 320, 330, 340)은 전지셀(310)의 제 1 케이스(311)가 전지셀(320)의 제 2 케이스(322)와 밀착 배열되어 있고, 전지셀(320)의 제 1 케이스(321)가 전지셀(330)의 제 2 케이스와 밀착 배열된 점에서, 전지셀들(210, 220, 230, 240)이 이격된 상태로 배열된 것과 차이가 있다. 이와 같이 전지셀들(310, 320, 330, 340)을 밀착 배열하는 경우 더욱 컴팩트한 전지팩을 제공할 수 있다.
다만, 전지팩(300)은 전지셀의 열전도율을 높이기 위해 전지셀(310)의 제 2 케이스(312)와 전지팩의 내면 사이 및 전지셀(340)의 제 1 케이스(341)와 전지팩의 내면 사이에도 냉매 유로가 형성될 수 있도록 이격 공간(370)이 있고, 전지셀들의 상부 및 하부에는 전지팩의 내면과 이격 공간(352, 353)이 형성되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전지셀을 내장한 전지모듈을 포함하는 전지팩의 수직 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 전지팩(400)은 3 개의 전지모듈들(410, 420, 430)을 포함하고, 각각의 전지모듈들(410, 420, 430)은 2개의 전지셀을 내장하고 있다.
전지모듈(410)은 전지셀들(411, 412)을 내장하고, 전지모듈(420)은 전지셀들(421, 422)을 내장하며, 전지모듈(430)은 전지셀들(431, 432)를 내장하고 있는 바, 전지모듈(410)을 대표적으로 살펴보면, 전지셀(411)의 제 1 케이스(412)는 전지셀(412)의 제 2 케이스(415)와 대면하도록 밀착 배열되어 있다. 따라서, 전지셀(412)의 제 2 케이스(415)는 전지셀(412)의 열전달 통로가 될 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀(411)의 열전달 통로로 될 수 있다.
전지모듈들(410, 420, 430)은 전지셀들의 외주면에 대응되는 형상 및 크기로 이루어져 있기 때문에 전지셀과 전지모듈 사이에 사공간을 줄일 수 있어서 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 컴팩트한 전지모듈을 제공할 수 있다.
전지팩(400)은 전지셀의 외주면에 해당하는 열융착면(413, 414)의 외주변에 접하도록 냉매 유로가 형성되어 있는 바, 전지모듈(410, 420 430)의 상부 외측면과 전지팩의 상부 내측면 사이에 이격(452) 공간이 형성되어 있으며, 전지모듈(410, 420 430)의 하부 외측면과 전지팩의 하부 내측면 사이에 이격(453) 공간이 형성되어 있다.
또한, 전지모듈들(410, 420, 430)의 상부 및 하부에 흐르는 냉매의 원활한 흐름을 위하여, 전지모듈들 사이에도 이격 공간(451)이 형성되어 있으며, 전지모듈(410)과 전지팩의 좌측 내측면 사이 및 전지모듈(430)과 전지팩의 우측 내측면 사이도 이격되어 있어, 냉매가 이동할 수 있는 통로가 형성되어 있다.
도 7은 도 6의 전지모듈이 지면과 평행한 상하 방향으로 배열된 전지팩의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 전지모듈들(410, 420, 430)의 지면과 평행한 아래 방향에 전지모듈들(510, 520, 530)이 배열되어 있으며, 전지모듈들(410, 420, 430, 510, 520, 530)사이에는 냉매 유로(551, 554)가 형성되어 있으며, 전지모듈들(410, 420, 430)의 상부 외측면과 전지팩(500)의 상부 내측면 사이에 냉매 유로(552)가 형성되어 있고, 전지모듈들(510, 520, 530)의 하부 외측면과 전지팩(500)의 하부 내측면 사이에 냉매 유로(553)가 형성되어 있다.
또한, 전지모듈들(410, 420, 430)의 상부 및 전지모듈들(510, 520, 530)의 하부에 흐르는 냉매의 원활한 흐름을 위하여, 전지모듈들(410, 510)과 전지팩의 좌측 내측면 사이 및 전지모듈들(430, 530)과 전지팩의 우측 내측면 사이도 이격되어 있어, 냉매가 이동할 수 있는 통로가 형성되어 있다.
한편, 전지팩(400, 500)에는 전지팩 내부의 냉매 유로에 흐르는 냉매의 유동 구동력을 제공할 수 있는 구동 수단(도시하지 않음)이 추가로 장착될 수 있는 바, 냉매의 유입구 및 배출구의 위치 및 개수 등을 고려하여, 전지팩의 냉각이 효율적이며 신속하게 이루어질 수 있는 위치에 설정될 수 있다.
따라서, 전지셀 내부의 열이 냉매 유로로 빠르게 전달될 수 있고, 냉매 유로를 통해 가열된 냉매가 전지팩 바깥으로 신속하게 배출됨으로써 안전성이 향상된 전지팩을 제공할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀로서,
    상기 전지케이스는, 전극조립체 수납부를 포함하는 제 1 케이스, 및 상기 제 1 케이스와 분리된 상태에서 전극조립체 수납부의 상면에서 제 1 케이스와 열융착되는 제 2 케이스로 구성되며;
    상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어져 있고;
    상기 제 2 케이스의 열전도성은 제 1 케이스의 열전도성보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하며,
    상기 제 2 케이스의 두께는 제 1 케이스의 두께보다 상대적으로 두꺼운 것을 특징으로 하고,
    상기 제 2 케이스의 금속층 두께는 제 1 케이스의 금속층 두께보다 상대적으로 두꺼운 것을 특징으로 하며,
    제 2 케이스의 외부 피복층 및 내부 접착층은 제 1 케이스의 외부 피복층 및 내부 접착층 보다 각각 더 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스의 금속층 두께는 3 ㎛ 내지 20 ㎛이고, 상기 제 2 케이스의 금속층 두께는 제 1 케이스의 금속층보다 두꺼운 범위에서 20 ㎛ 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스의 금속층과 제 2 케이스의 금속층은 동일한 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스의 금속층과 제 2 케이스의 금속층은 서로 다른 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하는 전지팩으로서,
    상기 전지셀의 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 열융착면을 따라 냉매 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지팩은 복수의 전지셀들을 포함하고 있고, 서로 인접한 제 1 전지셀과 제 2 전지셀에서, 상기 제 1 전지셀의 제 1 케이스와 제 2 전지셀의 제 2 케이스가 대면하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전지셀과 제 2 전지셀은 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 내장한 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서,
    상기 전지셀은 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 열융착면이 지면에 수직인 상태로, 제 1 전지셀의 제 1 케이스와 제 2 전지셀의 제 2 케이스가 대면하도록 밀착 배열되어 있고,
    상기 전지팩에는 전지셀의 상기 열융착면의 외주변과 접하도록 냉매 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈은 전지셀들의 외주면에 대응되는 형상 및 크기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈의 상부 외측면과 전지팩의 상부 내측면 사이 및/또는 전지모듈의 하부 외측면과 전지팩의 하부 내측면 사이는 냉매 유로를 형성할 수 있도록 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈은 지면과 평행한 상하 방향으로 배열된 하나 이상의 전지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지모듈들은 냉매 유로가 형성될 수 있도록 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 냉매 유로는 인접한 전지모듈들 사이, 최상단 전지모듈의 상부 외측면과 전지팩의 상부 내측면 사이 및 최하단 전지모듈의 하부 외측면과 전지팩의 하부 내측면 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 전지팩은 냉매의 유동 구동력을 제공할 수 있도록 구동 수단이 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 7 항에 있어서, 상기 냉매는 공기, 이산화탄소, 할로카본, 물, 암모니아, 탄화수소 및 할로겐 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 10 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 디바이스는 모바일 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)를 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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