KR102073950B1 - 엣지 냉각 방식의 부재를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

충방전이 가능한 복수의 전지셀들이 적층 배열되어 있는 전지셀 어셈블리와, 상기 전지셀들의 충방전 과정에서 발생되는 열을 제거하는 한 쌍의 냉각부재들을 포함하고 있고, 상기 냉각부재들은 전지셀들의 적층 배열방향에 수직 방향인 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 쪽에 위치하는 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재로 구성되어 있으며, 상기 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재 각각의 내면에는 열전도를 위해 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 각각의 외면에 밀착되는 형상을 가진 열적 접촉부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

엣지 냉각 방식의 부재를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having Edge Cooling-Typed Member}
본 발명은 냉각부재의 내면에 열전도를 위한 열적 접촉부가 형성되어 있는 전지팩에 관한 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 주목받고 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 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 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 전지팩을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 전지팩에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다.
충방전 과정에서 발생한 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지셀의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
전지팩은 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 전지팩을 구성할 수 있다.
종래에는 적층 배열된 전지셀들 사이에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 냉매유로를 전지셀들 사이에 형성시키거나, 또는 전지셀들 사이에 냉각 핀을 개재하여 전지셀들에서 발생한 열이 냉각 핀들을 통해 전지팩 외측에 장착된 냉각부재에서 공냉 또는 수냉의 방식으로 냉각이 이루어지도록 하였다.
도 1에는 종래의 전지팩(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 냉각 방식을 갖는 전지팩의 평면도가 도시되어 있다. 종래의 전지팩(100)의 경우, 적층 배열된 전지셀들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 사이에 냉각 핀들(20a, 20b, 20c, 20d)이 개재되어 있다.
그러나, 전지셀들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 사이에 냉각 핀들(20a, 20b, 20c, 20d)을 개재하는 경우, 부품의 수가 많아지고, 냉각 핀과 냉각부재 사이의 용접 또는 체결 등의 공정이 추가되며, 이로 인하여 전지팩의 중량을 증가시키는 단점이 있다. 또한, 냉각 핀과 냉각부재 사이에는 방열 패드가 개재된 상태에서 열적으로 상호 결합되며, 냉각부재에는 냉매 유로를 형성시키는 구조로 구성되어 있으므로, 제조 비용이 상승하고 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
전지셀들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 사이에 냉각핀들(20a, 20b, 20c, 20d)이 개재됨으로 인하여 전지팩(100)의 두께가 증가하고, 냉각 핀(20a)과 전지셀(10a)이 접촉하는 면적에 비하여 방열 효율이 크게 높지 않은 문제점이 있다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 냉각 핀을 제거함으로써, 기존의 냉각 효율과 동등한 수준의 방열 효과를 가지고, 전지팩의 두께를 감소시키며, 경량화된 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 특정한 형상을 가진 열적 접촉부가 형성된 냉각부재에 의해 기존에 냉각 핀에 의해 수행되던 냉각 방식과 동등한 수준의 방열 효과를 확보하는 동시에, 전지팩의 두께를 줄이고 중량을 최소화함으로써, 경량화된 전지팩을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
충방전이 가능한 복수의 전지셀들이 적층 배열되어 있는 전지셀 어셈블리와, 상기 전지셀들의 충방전 과정에서 발생되는 열을 제거하는 한 쌍의 냉각부재들을 포함하고 있고;
상기 냉각부재들은 전지셀들의 적층 배열방향에 수직 방향인 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 쪽에 위치하는 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재로 구성되어 있으며;
상기 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재 각각의 내면에는 열전도를 위해 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 각각의 외면에 밀착되는 형상을 가진 열적 접촉부가 형성되어 있다.
전지셀의 경우, 양극들과 음극들에 각각 분리막을 개재한 상태로 적층한 구조에서, 전지셀의 측면 방향의 열전도도가 표면 방향보다 약 10배 이상 높다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재의 내면에 각각 형성되어 있는 상기 열적 접촉부가 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 각각의 외면에 밀착되는 형상을 가짐으로써, 방열 효율을 크게 증가시키는 효과를 갖는다. 즉, 기존에 비하여 열전도가 이루어지는 표면적은 감소하였지만 측면 방향으로의 열전도에 의해 열전도 효율이 크게 증가하게 되어, 냉각 핀에 의해 표면 방향을 통해 냉각이 이루어지는 종래의 냉각 방식과 동등한 수준의 방열 효과를 확보할 수 있다.
또한, 냉각 핀이 제거된 본 발명의 전지팩은 냉각 핀과 냉각부재 사이의 체결 등에 사용되는 부품의 수를 줄임으로써 경량화 되고, 냉각 핀의 장착을 위한 공간이 불필요하게 되어 전지팩의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전지팩에서, 전지셀의 충방전 과정에서 발생되는 열은 전지셀의 양측 단부를 통해 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 쪽에 각각 위치하는 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재로 열전도 되어 제거될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀들은 이웃한 전지셀들이 직면 대면한 상태로 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 냉각부재의 열적 접촉부는 상기 전지셀들의 양측 단부들이 삽입 밀착되는 형상으로 이루어지는 구조일 수 있다. 즉, 전지셀의 종류에 따라 전지셀들의 양측 단부들의 형상은 다양할 수 있지만, 열적 접촉부는 높은 열전도를 위해 그러한 전지셀들의 양측 단부들이 삽입되어 밀착되는 구조를 가진다. 더욱이, 이러한 구조는 냉각부재에 대한 전지셀들의 정위치 장착에도 조력한다.
본 발명의 전지팩에 사용되는 전지셀은 다양할 수 있고, 예를 들어, 상기 전지셀은 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 상기 수납부의 외주변이 열융착 실링부로 이루어진 파우치형 전지셀일 수 있다.
이러한 전지셀 구조에서, 냉각부재의 열적 접촉부는, 상기 파우치형 전지셀의 열융착 실링부와 상기 열융착 실링부에 인접한 수납부의 외측벽이 밀착되는 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.
상기 수납부의 외측벽은 열융착 실링부에 대해, 예를 들어, 90도 내지 130도의 크기로 기울어져 있는 구조일 수 있으나, 이는 파우치형 전지케이스의 수납부의 형상에 따라 변할 수 있으므로, 상기의 범위에 한정되는 것은 아니다.
다만, 열적 접촉부가 파우치형 전지셀의 열융착 실링부 뿐만 아니라, 열융착 실링부에 인접한 수납부의 외측벽에 밀착됨으로써, 수납부 내에 장착된 전극조립체에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 전지팩은, 경우에 따라서는, 1개 이상의 전지셀이 셀 커버에 장착되어 단위모듈을 이루고 있고, 단위모듈들이 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 단위모듈은 예를 들어 2개의 전지셀들이 금속 소재의 셀 커버에 내장되어 있는 구조로 이루어짐으로써, 기계적 강성이 낮은 전지셀의 안전성을 확보할 수 있다.
이러한 구조에서, 냉각부재의 열적 접촉부는 상기 단위모듈들의 양측 단부들이 삽입 밀착되는 형상으로 이루어지는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 전지셀의 적어도 일부가 상기 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면으로 노출된 상태로 카트리지에 장착되어 있고, 1개 이상의 전지셀이 장착된 카트리지들이 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 상기 수납부의 외주변이 열융착 실링부로 이루어진 파우치형 전지셀이고, 상기 열융착 실링부의 단부가 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면으로 노출된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서, 냉각부재의 열적 접촉부는, 상기 열융착 실링부의 노출된 단부와 상기 열융착 실링부가 위치한 카트리지의 외측벽이 밀착되는 형상으로 이루어지는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각부재들의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 계면에 열전도 향상을 위한 열전도 부재가 추가로 개재되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 열전도 부재에 의해, 상기 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 계면상에 존재하는 공기를 제거함으로써, 열전도도를 높일 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 효과를 효과적으로 발휘할 수 있도록, 열전도 부재는 열전도성의 충진 수지(resin), 또는 열전도성의 필름, 또는 열전도성의 패드 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전지팩에서, 상기 냉각부재는 공냉식 냉각 구조로 이루어지거나 수냉식 냉각 구조로 이루어질 수 있다.
상기 공냉식 냉각 구조는, 예를 들어, 냉각부재의 외면에 공기를 접촉시키는 방식으로 구현될 수 있으며, 이를 위해, 냉각부재의 외면에는 넓은 접촉 면적의 제공을 위한 요철 구조가 형성되어 있을 수 있다.
상기 수냉식 냉각 구조는, 예를 들어, 물과 같은 냉매를 냉각부재의 외면에 접촉시키거나 또는 냉매가 냉각부재를 관통하는 구조에 의해 구현될 수 있다.
경우에 따라서는, 공냉과 수냉이 조합되는 복합 냉각 구조도 가능할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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 등이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은 단위 면적에 비해 높은 열전도 효율을 갖게 되는 바, 드론(Drone)과 같은 고전류(Continuous 8C) 방전을 요하는 소형 디바이스의 전원으로 쓰일 수도 있다.
전지팩을 전원으로 사용하는 상기 다양한 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지셀들의 적층 배열방향에 수직 방향인 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 쪽에 위치하는 냉각부재들의 내면에 상기 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 각각의 외면에 밀착되는 형상을 갖는 열적 접촉부를 형성함으로써, 기존에 냉각 핀에 의해 수행되던 냉각 방식과 동등한 수준의 방열 효과를 확보하는 동시에, 전지팩의 두께를 줄이고 중량을 최소화함으로써, 경량화된 전지팩을 제공한다.
도 1는 종래의 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2은 도 1의 냉각 방식을 갖는 전지팩의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 평면도이다;
도 5는 냉각부재의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 제 1 면의 외면이 밀착된 구조의 확대도이다;
도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀이 카트리지에 장착된 전지팩의 단면도이다; 및
도 7은 냉각부재들의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 계면에 열전도 부재가 개재되어 있는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 개략적인 구조가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지팩의 평면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전지팩(300)은 복수의 전지셀들(10)이 직접 대면한 상태로 적층 배열되어 있는 전지셀 어셈블리(200)와 전지셀들의 적층 방향에 수직 방향쪽에 위치하는 냉각부재들(210, 220)로 이루어져 있다.
전지셀들의 적층 방향에 수직 방향인 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202)은 전지셀들의 전극단자(11)을 기준으로 서로 반대 편에 위치한다. 냉각 부재들(210, 220)은 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202) 쪽에 각각 위치하는 제 1 냉각부재(210)와 제 2 냉각부재(220)로 이루어져 있다. 이러한 구조를 통해, 전지셀들(10)에서 발생한 열은 전지셀들(10)의 양측 단부, 즉, 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202)에 각각 위치하는 제 1 냉각부재(210) 및 제 2 냉각부재(220)로 열전도 되어 제거된다.
제 1 냉각부재(210)와 제 2 냉각부재(220)에는 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202) 각각의 외면에 밀착되는 형상을 갖는 열적 접촉부(211, 221)가 형성되어 있다. 열적 접촉부(211, 221)는 전지셀 어셈블리(200)를 사이에 두고, 서로 마주보고 있으며, 제 1 냉각부재(210)에 형성된 열적 접촉부(211)와 제 2 냉각부재(220)에 형성된 열적 접촉부(221)는 각각 제 2 냉각부재(220)와 제 1 냉각부재(210)의 방향으로 돌출되어 있다. 열적 접촉부(211, 221)와 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202)과 밀착될수록 열전도도가 높아져 방열 효율을 높일 수 있다.
도 5에는 냉각부재의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 제 1 면의 외면이 밀착된 구조의 확대도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀 어셈블리(200)의 제 1 면(201) 쪽에 위치한 전지셀의 단부에 삽입 밀착되는 형상으로 이루어진 열적 접촉부(211)가 도시되어 있다.
전지셀 어셈블리의 제 1 면(201)에 위치한 전지셀(10a)의 단부는 파우치형 전지케이스 수납부의 열융착 실링부(30)와 상기 수납부의 외측벽(31)으로 이루어진다.
열융착 실링부(30)는 제 1 냉각부재(210)와 전지셀들(10a, 10b, 10c)의 배열 방향에 수직 방향으로 대면한 상태로, 열융착 실링부(30)의 인접한 양측에 위치한 수납부의 외측벽(31)에 비하여 돌출된 형상으로 이루어져 있다.
수납부의 외측벽(31)은 열융착 실링부(30)와 제 1 냉각부재(210)가 대면하는 외측변을 제외한 나머지 외측변을 기준으로 90도 내지 130도의 크기로 기울어진 구조로 이루어진다.
열적 접촉부(211)는 이러한 구조를 갖는 열융착 실링부(30)와 수납부의 외측벽(31)에 삽입 밀착되는 형상으로 이루어짐으로써, 열전도도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀들(10a, 10b, 10c)을 냉각부재(210)에 정위치 장착할 수 있다.
구체적으로, 열적 접촉부(211)는 전지셀(10a)의 단부에 측면 방향에 위치하고 있고, 전지셀의 측면 방향의 열전도도는 표면방향에 의한 경우보다 약 10배 이상 높으므로, 본 발명에 따른 전지팩은 열전도가 이루어지는 면적 대비 높은 방열 효율의 달성이 가능하다.
또한, 상기와 같은 구조에서 전지셀들(10a, 10b, 10c) 사이에 냉각 핀을 개재하기 위한 별도의 공간을 마련할 필요가 없으므로, 전지셀들(10a, 10b, 10c) 간의 간격(40, 41)이 줄어들어 얇은 두께의 고출력 대용량의 전지팩(300) 제조가 가능하며, 냉각 핀과 냉각부재 사이의 체결 등에 사용되는 부품의 수를 줄임으로써 전지팩의 중량을 최소화할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩에서 전지셀의 일부가 카트리지에 장착되어 있는 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
파우치형 전지셀의 경우 기계적 강성이 낮으므로, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지에 내장하고 이러한 카트리지들을 적층함으로써 기계적 강성을 보완할 수 있다.
파우치형 전지셀(10)은 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고, 수납부의 외주변에 열융착 실링부(30)가 형성되어 있다. 전지셀들(10)이 카트리지(310)에 장착된 상태에서, 열융착 실링부의 단부(30)가 전지셀 어셈블리의 제 1 면(201) 및 제 2 면(202)으로 노출되어 있다. 파우치형 전지셀들(10)의 충방전 과정에서 발생한 열은 상기 노출된 열융착 실링부의 단부(30)를 통해 각각 제 1 냉각부재(210) 및 제 2 냉각부재(220)에 열전도 됨으로써, 방열 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 냉각부재들의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 계면에 열전도 부재가 개재되어 있는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
열전도 부재(250)가 전지셀 어셈블리(200)의 계면에 개재됨으로써, 전지셀(10)들의 충방전 과정에서 발생한 열을 냉각부재들(210, 220)로 전도하여 냉각할 수 있다. 또한, 공기는 매우 낮은 열전도도를 갖으므로, 열적 접촉부(211)와 전지셀 어셈블리(200)의 사이에 존재하는 공기를 제거함으로써 열전도도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 충방전이 가능한 복수의 전지셀들이 적층 배열되어 있는 전지셀 어셈블리와, 상기 전지셀들의 충방전 과정에서 발생되는 열을 제거하는 한 쌍의 냉각부재들을 포함하고 있고;
    상기 냉각부재들은 전지셀들의 적층 배열방향에 수직 방향인 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 쪽에 위치하는 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재로 구성되어 있으며;
    상기 제 1 냉각부재 및 제 2 냉각부재 각각의 내면에는 열전도를 위해 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면 각각의 외면 전체에 밀착되는 형상을 가진 열적 접촉부가 형성되어 있고,
    상기 전지셀들은 이웃한 전지셀들이 직면 대면한 상태로 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있으며,
    상기 냉각부재의 열적 접촉부는 상기 전지셀들의 양측 단부들이 삽입 밀착되는 형상이고,
    상기 전지셀은 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 상기 수납부의 외주변이 열융착 실링부로 이루어진 파우치형 전지셀이며,
    상기 냉각부재의 열적 접촉부는, 상기 파우치형 전지셀의 열융착 실링부와 상기 열융착 실링부에 인접한 수납부의 외측벽이 밀착되는 형상이고,
    상기 제 1 냉각부재의 열적 접촉부와 상기 제 2 냉각부재의 열적 접촉부는 전지셀 어셈블리를 사이에 두고, 서로 마주보고 있으며, 상기 제 1 냉각부재에 형성된 열적 접촉부와 상기 제 2 냉각부재에 형성된 열적 접촉부는 각각 상기 제 2 냉각부재와 상기 제 1 냉각부재의 방향으로 돌출되며,
    상기 수납부의 외측벽은 열융착 실링부에 대해 90도 내지 130도의 크기로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 전지셀의 충방전 과정에서 발생되는 열은 전지셀의 양측 단부를 통해 냉각부재로 열전도 되어 제거되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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  8. 제 1 항에 있어서, 1개 이상의 전지셀이 셀 커버에 장착되어 단위모듈을 이루고 있고, 단위모듈들이 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단위모듈은 2개의 전지셀들이 금속 소재의 셀 커버에 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 8 항에 있어서, 냉각부재의 열적 접촉부는 상기 단위모듈들의 양측 단부들이 삽입 밀착되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 전지셀의 적어도 일부가 상기 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면으로 노출된 상태로 카트리지에 장착되어 있고, 1개 이상의 전지셀이 장착된 카트리지들이 적층 배열되어 전지셀 어셈블리를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 상기 수납부의 외주변이 열융착 실링부로 이루어진 파우치형 전지셀이고, 상기 열융착 실링부의 단부가 전지셀 어셈블리의 제 1 면 및 제 2 면으로 노출된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 냉각부재의 열적 접촉부는, 상기 열융착 실링부의 노출된 단부와 상기 열융착 실링부가 위치한 카트리지의 외측벽이 밀착되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재들의 열적 접촉부와 전지셀 어셈블리의 계면에는 열전도 향상을 위한 열전도 부재가 추가로 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 열전도 부재는 열전도성의 충진 수지(resin), 또는 열전도성의 필름, 또는 열전도성의 패드인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 공냉식 냉각 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 수냉식 냉각 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항, 제 2 항 및 제 8 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 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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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016004079A1 (en) 2014-06-30 2016-01-07 Black & Decker Inc. Battery pack for a cordless power tools
JP6929464B2 (ja) * 2017-12-26 2021-09-01 信越ポリマー株式会社 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー
NL2020306B1 (en) * 2018-01-23 2019-07-30 Shinetsu Polymer Co Heat dissipating structure and battery provoded with the same
KR20200109147A (ko) * 2019-03-12 2020-09-22 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR20200125184A (ko) 2019-04-26 2020-11-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
KR102479967B1 (ko) * 2019-05-10 2022-12-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈
JP7083792B2 (ja) * 2019-09-10 2022-06-13 矢崎総業株式会社 車両用電池パック

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003007355A (ja) 2001-06-19 2003-01-10 Kojima Press Co Ltd 二次電池の冷却構造
JP2004047262A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Nissan Motor Co Ltd 薄型電池および組電池
WO2008078586A1 (ja) 2006-12-25 2008-07-03 Calsonic Kansei Corporation 車両用バッテリ冷却システム

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100728126B1 (ko) * 2005-11-15 2007-06-13 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2013051099A (ja) 2011-08-31 2013-03-14 Nissan Motor Co Ltd バッテリ温調用モジュール
KR101447057B1 (ko) 2012-01-26 2014-10-07 주식회사 엘지화학 전지셀의 장착 및 방열을 위한 방열 지지부재를 포함하는 전지모듈
KR101898292B1 (ko) * 2012-04-25 2018-09-12 에스케이이노베이션 주식회사 전지팩 어셈블리
KR101501026B1 (ko) * 2012-05-04 2015-03-10 주식회사 엘지화학 우수한 냉각 효율성과 콤팩트한 구조의 전지모듈
WO2013168856A1 (ko) 2012-05-08 2013-11-14 주식회사 엘지화학 높은 효율성의 냉각 구조를 포함하는 전지모듈
KR101547814B1 (ko) 2012-07-12 2015-08-27 주식회사 엘지화학 간접 공냉 구조를 포함하는 전지모듈
KR101546661B1 (ko) * 2012-10-29 2015-08-25 주식회사 엘지화학 파우치형 전지셀을 포함하는 각형화 전지
KR101589996B1 (ko) * 2013-06-07 2016-01-29 주식회사 엘지화학 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
KR101610742B1 (ko) 2013-06-25 2016-04-08 주식회사 엘지화학 방열부가 형성되어 있는 전지셀 케이스를 포함하는 전지모듈
KR101544548B1 (ko) * 2013-10-24 2015-08-13 엘지전자 주식회사 셀 모듈 어셈블리
JP6220698B2 (ja) 2014-02-21 2017-10-25 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械
KR20160001310A (ko) 2014-06-27 2016-01-06 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 단열재
KR101773105B1 (ko) * 2014-07-31 2017-08-30 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR101803958B1 (ko) * 2014-10-06 2017-12-28 주식회사 엘지화학 효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003007355A (ja) 2001-06-19 2003-01-10 Kojima Press Co Ltd 二次電池の冷却構造
JP2004047262A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Nissan Motor Co Ltd 薄型電池および組電池
WO2008078586A1 (ja) 2006-12-25 2008-07-03 Calsonic Kansei Corporation 車両用バッテリ冷却システム

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CN108431991A (zh) 2018-08-21

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