KR102158257B1 - 탄소 발열체를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들이 측면을 대면한 상태로 배열되어 있는 전지셀 배열체; 각각의 전지셀들 사이에 개재되어 있는 발열체; 전지셀들의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System); 및 전지셀들의 온도를 측정하여 BMS로 전송하는 온도 센서;를 포함하고, 상기 BMS는 온도 센서로부터 측정되는 전지셀들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 상기 발열체에 전류를 공급하여 전지셀들의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

탄소 발열체를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Comprising Carbon-based Heating Unit}
본 발명은 탄소 발열체를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 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.
따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 이차전지가 자동차의 동력원으로 이용되는 경우, 상기 이차전지는 다수의 전지셀 또는 전지모듈 또는 전지모듈 어셈블리를 포함하는 전지팩의 형태로 이용된다.
그러나, 리튬 이차는 저온 환경에서 사용시 전압 저하에 따라 성능 저하가 발생하며, 그에 따라 상온 환경에서 사용하는 것 대비 전력의 소모가 빠르게 이루어 진다.
이러한 문제점으로, 인해 저온에서 리튬 이차전지를 동력원으로 하는 전기 자동차의 운행 시 전기 자동차의 출력 및 주행 가능 거리가 감소하는 등의 성능 저하가 야기되고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 저온 환경에서의 전기 자동차의 운행 시 전지의 성능 저하를 방지하기 위해, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킴으로써 전지의 성능을 정상적으로 유지하여 사용할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
복수의 전지셀들이 측면을 대면한 상태로 배열되어 있는 전지셀 배열체;
각각의 전지셀들 사이에 개재되어 있는 발열체;
전지셀들의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System); 및
전지셀들의 온도를 측정하여 BMS로 전송하는 온도 센서;
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 BMS는 온도 센서로부터 측정되는 전지셀들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 상기 발열체에 전류를 공급하여 전지셀들의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 각각의 전지셀들 사이에 발열체를 개재하고 있고, 온도 센서로부터 측정되는 전지셀들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 발열체에 전류를 공급하여 전지셀들의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있음으로써, 본 발명에 따른 전지팩을 동력원으로 하는 전기 자동차를 저온 환경에서 운행할 시에도, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있고, 그에 따라 전지의 성능 저하를 방지하여 정상적인 출력 및 작동 시간을 담보할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 파우치형 전지셀로 이루어져 있을 수 있다.
상기 파우치형 전지셀은, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체가 수납부가 형성되어 있는 전지케이스에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 폴딩형, 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형의 전극 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.
우선, 폴딩형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극활물질을 포함하는 합제를 코팅한 후 건조 및 프레싱한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막 시트를 위치시키고, 권취함으로써 제조할 수 있다.
스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.
스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.
경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.
상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.
상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.
라미네이션/스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱하고 소정의 크기로 절취한 후, 하부로부터 순차적으로 음극, 음극의 상부에 분리막, 그리고 양극, 그리고 그 상부에 분리막을 적층하여 제조할 수 있다.
상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 구조의 파우치형 케이스로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지케이스의 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지케이스는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 것일 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
상기 발열체는 장병형의 시트 형상으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 발열체는 상기 전지셀의 전극조립체가 수납되는 전극조립체 수납부에 대응하는 크기로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 발열체는 탄소 발열 필름으로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소 발열 필름은,
시트 형상의 복합체 필름; 및
상기 복합체 필름의 양측 단부 부위에 시트의 폭 방향으로 형성되어 있는 스트립형 도전성 단자들;
을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 복합체 필름은 장방형으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 전지셀의 전극조립체가 수납되는 전극조립체 수납부에 대응하는 크기로 이루어져 있을 수 있다.
상기 스트립형 단자들이 형성되어 있는 시트의 폭 방향은, 장방형으로 이루어져 있는 시트의 단변에서의 방향을 의미할 수 있다.
상기 탄소 발열 필름은 도전성 단자들에 전류를 인가하면 복합체 필름의 저항열에 의해 발열되는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 그에 따라, 전지셀들의 온도가 상승하여, 전지가 정상 작동하여 저온 환경에서의 성능 저하를 방지할 수 있다. 상기 탄소 발열 필름에 의해 상승되는 전지셀의 온도가 임계 온도를 초과하면, 상기 BMS는 상기 탄소 발열 필름에 인가되는 전류를 차단하여 탄소 발열 필름의 발열을 제한할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 복합체 필름의 양측 단부에 인접한 일면에는 도전성 단자가 위치하는 단자 만입부들이 시트의 폭 방향으로 형성되어 있을 수 있다. 그에 따라, 상기 도전성 단자는 상기 단자 만입부들에 장착되어 상기 복합체 필름에 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 스트립형 도전성 단자들은 복합체 필름의 양측 단부 부위에 시트의 길이 방향으로 코팅되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 그에 따라, 상기 발열체는 보다 콤팩트한 구조로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 도전성 단자는 상기 복합체 필름에 전류를 인가할 수 있다.
상기 발열체의 하나의 구체적인 예로서, 상기 발열체의 두께는 50 내지 100 마이크로미터로 이루어져 있을 수 있다.
상기 발열체의 두께가 50 마이크로미터 미만일 경우에는, 상기 발열체에서 발생되는 열이 충분하지 않아, 상기 전지셀들의 온도를 목표 온도로 상승시키는데 시간이 오래 걸릴 수 있다. 반면에, 상기 발열체의 두께가 100 마이크로미터를 초과 경우에는, 상기 발열체가 차지하는 부피가 과도하게 증대되어 전체 전지팩의 부피가 상승함에 따라, 부피 대비 전지의 용량이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 발열체와 전지셀들의 결합 구조의 하나의 예로서, 상기 발열체와 전지셀 사이에는 양면 접착 테이프가 부착되어 있을 수 있다. 그에 따라, 외부 충격 및 진동이 전지팩에 가해지더라도, 상기 발열체와 전지셀들 사이의 양면 접착 테이프에 의해 전지셀 배열체의 결합 구조가 공고히 유지될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 온도 센서는 써미스터(thermistor)로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 임계 온도는 영하 40 도 내지 0 도의 범위에서 설정되어 있을 수 있지만, 전지의 제원 및 성능을 고려하여 조정될 수 있다.
본 발명은 또한, 저온 환경에서의 전기 자동차의 운행 시 전지의 성능 저하를 방지하기 위해, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킴으로써 전지의 성능을 정상적으로 유지하여 사용할 수 있는 전지팩으로서, 또 다른 구조의 전지팩을 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
복수의 전지모듈들이 장착되는 하나 이상의 모듈 수납부가 형성되어 있는 베이스 플레이트;
인접 배열된 복수의 전지모듈들로 이루어져 있고 상기 모듈 수납부에 장착되는 하나 이상의 전지모듈 어셈블리;
전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈들의 냉각을 위해, 전지모듈 어셈블리의 하부와 베이스 플레이트 사이에 위치하고, 냉매가 지면에 대해 수평으로 유동하는 어셈블리 냉각 부재;
상기 어셈블리 냉각 부재의 외면 일부에 장착되어 있는 하나 이상의 발열체;
상기 전지모듈 어셈블리의 상단에 장착되어 있고 전지모듈들의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System); 및
상기 전지모듈들의 온도를 측정하여 BMS로 송부하는 온도 센서;
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 BMS는 온도 센서로부터 측정되는 전지모듈들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 상기 발열체에 전류를 공급하여 어셈블리 냉각 부재의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 어셈블리 냉각 부재의 외면 일부에 하나 이상의 발열체를 장착하고 있고, 온도 센서로부터 측정되는 전지모듈의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 발열체에 전류를 공급하여 어셈블리 냉각 부재의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있음으로써, 본 발명에 따른 전지팩을 동력원으로 하는 전기 자동차를 저온 환경에서 운행할 시에도, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있고, 그에 따라 전지의 성능 저하를 방지하여 정상적인 출력 및 작동 시간을 담보할 수 있다.
상기 발열체는 전지모듈들에 접하지 않은 부위에서 어셈블리 냉각 부재의 상단 외면에 장착되어 있을 수 있다.
상기 어셈블리 냉각 부재의 하나의 실시예로서, 상기 어셈블리 냉각 부재는,
전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈들의 하단에 장착되는 열 전달 플레이트; 및
상기 열 전달 플레이트의 하면에 열접촉 된 상태로 장착되어 있고, 냉매가 유동하는 중공 구조 또는 냉매 도관이 구비되어 있는 어셈블리 냉각 플레이트;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지모듈의 하나의 실시예로서, 상기 전지모듈은,
동일한 면이 서로 동일한 방향으로 적층 배열된 둘 이상의 전지셀들;
각각의 전지셀의 외주변을 감싸는 구조의 프레임 부재들; 및
각각의 전지셀과 대면하여 접촉하는 플레이트 형상의 냉각 부재들;
을 포함하고 있을 수 있고,
하나의 프레임 부재의 일측에 하나의 전지셀이 장착되어 있을 수 있고 타측에 하나의 냉각 부재가 장착되어 단위모듈을 구성하고 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지모듈의 구체적인 예로서, 상기 프레임 부재에는, 인접한 단위모듈의 프레임 부재와 결합되기 위한 체결부가, 전지셀의 전극 단자에 대응되는 외주변을 제외한 나머지 외주변들 중에서, 적어도 하나의 외주변에 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 체결부는,
인접한 단위모듈의 프레임 부재와 후크 구조로 결합될 수 있도록, 전지셀의 적층 방향으로 돌출된 제 1 결합부: 및
인접한 또 다른 단위모듈의 프레임 부재의 제 1 결합부가 삽입되어 체결될 수 있도록, 상기 제 1 결합부에 대응하는 형상의 만입홈으로 이루어진 제 2 결합부;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 프레임 부재는, 다른 프레임 부재들과의 체결 강화를 위해, 적어도 하나의 모서리 부위에 외향 돌출된 형상의 연장 체결부를 포함하고 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 연장 체결부에는 연장 체결공이 천공되어 있고, 프레임 부재들의 연장 체결부들에 연장 체결구가 삽입되어 프레임 부재들을 상호 결합하고 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 발열체는 탄소 발열 필름으로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소 발열 필름은,
시트 형상의 복합체 필름; 및
상기 복합체 필름의 양측 단부 부위에 시트의 폭 방향으로 형성되어 있는 스트립형 도전성 단자들;
을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 임계 온도는 영하 40 도 내지 0 도의 범위에서 설정되어 있을 수 있지만, 전지의 제원 및 성능과 냉매의 온도를 고려하여 조정될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 각각의 전지셀들 사이에 발열체를 개재하고 있고, 온도 센서로부터 측정되는 전지셀들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 발열체에 전류를 공급하여 전지셀들의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있음으로써, 본 발명에 따른 전지팩을 동력원으로 하는 전기 자동차를 저온 환경에서 운행할 시에도, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있고, 그에 따라 전지의 성능 저하를 방지하여 정상적인 출력 및 작동 시간을 담보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 전지팩은, 어셈블리 냉각 부재의 외면 일부에 하나 이상의 발열체를 장착하고 있고, 온도 센서로부터 측정되는 전지모듈의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 발열체에 전류를 공급하여 어셈블리 냉각 부재의 온도를 상승시키는 구조로 이루어져 있음으로써, 본 발명에 따른 또 다른 전지팩을 동력원으로 하는 전기 자동차를 저온 환경에서 운행할 시에도, 전지의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있고, 그에 따라 전지의 성능 저하를 방지하여 정상적인 출력 및 작동 시간을 담보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 발열체의 평면도이다;
도 3은 도 2의 발열체의 수직 단면도이다;
도 4는 도 2의 발열체의 또 하나의 실시예에 따른 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 6은 도 5의 어셈블리 냉각 부재의 사시도이다;
도 7은 도 5의 어셈블리 냉각 부재 및 발열체의 사시도이다;
도 8은 도 5의 전지모듈, 어셈블리 냉각 부재 및 발열체의 측면도이다.
도 9는 도 5의 전지모듈을 구성하는 단위모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 10은 도 9의 전지셀이 프레임 부재에 장착되는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 11은 도 9의 단위모듈이 복수로 적층 및 결합되어 구성된 단위모듈 적층체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 12는 도 9의 단위모듈 적층체에 플레이트들이 장착되는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀 배열체(110), 탄소 발열 필름(120), BMS(도시하지 않음) 및 온도 센서(도시하지 않음)로 이루어져 있다.
전지셀 배열체(110)는 복수의 전지셀(111)들이 측면을 대면한 상태로 배열되어 있는 구조로 이루어져 있고, 각각의 전지셀(111)들 사이에는 탄소 발열 필름(120)들이 개재되어 있다.
탄소 발열 필름(120)과 전지셀(111) 사이에는 양면 접착 테이프(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
BMS는 온도 센서로부터 측정되는 전지셀(111)들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 탄소 발열 필름(120)에 전류를 공급하여 전지셀(111)들의 온도를 상승시킨다.
도 2에는 도 1의 발열체의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 발열체의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 탄소 발열 필름(120)은 복합체 필름(121) 및 스트립형 도전성 단자(122)들로 이루어져 있다.
복합체 필름(121)은 장방형의 시트 형상으로 이루어져 있고, 복합체 필름(121)의 양측 단부 부위에는 시트의 폭(W) 방향으로 스트립형 도전성 단자(122)들이 형성되어 있다.
복합체 필름(121)의 양측 단부에 인접한 상면에는 도전성 단자(122)가 위치하는 단자 만입부(123)들이 시트의 폭(W) 방향으로 형성되어 있다.
탄소 발열 필름(120)은 도전성 단자(122)들에 전류를 인가하면 복합체 필름(121)의 저항열에 의해 발열되는 구조로 이루어져 있다.
도 4에는 도 2의 발열체의 또 하나의 실시예에 따른 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 스트립형 도전성 단자(124)들은 복합체 필름(125)의 양측 단부 부위에 시트의 폭(W) 방향으로 코팅되어있는 구조로 이루어져 있다.
상기 스트립형 도전성 단자들이 복합체 필름에 형성되어 있는 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2에서 설명하고 있는 발열체와 동일한 구조로 이루어져 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 어셈블리 냉각 부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5의 어셈블리 냉각 부재 및 발열체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 8에는 도 5의 전지모듈, 어셈블리 냉각 부재 및 발열체의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 도 6 내지 도 8과 함께 참조하면, 전지팩(200)은 베이스 플레이트(210), 전지모듈 어셈블리(220), 어셈블리 냉각 부재(230), 탄소 발열 필름(240), BMS(250) 및 온도 센서(도시하지 않음)로 이루어져 있다.
베이스 플레이트(210)에는 전지모듈(300)들이 장착되는 모듈 수납부(211)가 형성되어 있고, 모듈 수납부(211)에는 인접 배열된 복수의 전지모듈(300)들로 이루어져 있는 전지모듈 어셈블리(220)가 장착된다.
전지모듈 어셈블리(220)를 구성하는 전지모듈(300)들의 냉각을 위해, 전지모듈 어셈블리(220)의 하부와 베이스 플레이트(210) 사이에는 어셈블리 냉각 부재(230)가 위치한다.
탄소 발열 필름(240)은 어셈블리 냉각 부재(230)의 상면에 장착되어 있고, BMS(250)는 전지모듈 어셈블리(220)의 상단에 장착되어 있고 전지모듈(300)들의 작동을 제어한다.
BMS(250)는 온도 센서로부터 측정되는 전지모듈(300)들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 탄소 발열 필름(240)에 전류를 공급하여 어셈블리 냉각 부재(230)의 온도를 상승시킨다. 그에 따라, 전지모듈(300)의 온도가 상승한다.
탄소 발열 필름(240)은 전지모듈(300)들에 접하지 않은 부위에서 어셈블리 냉각 부재(230)의 상단 외면에 장착되어 있다.
어셈블리 냉각 부재(230)는 전지모듈 어셈블리(220)를 구성하는 전지모듈들(300)의 냉각을 위해 전지모듈 어셈블리(220)의 하부와 베이스 플레이트(210) 사이에 위치해 있고, 냉매가 지면에 대해 수평으로 유동하는 구조로 이루어져 있다.
어셈블리 냉각 부재(230)는, 전지모듈 어셈블리(220)를 구성하는 전지모듈들(300)의 하단에 장착되는 열 전달 플레이트(231) 및 열 전달 플레이트(231)의 하면에 열접촉된 상태로 장착되어 있고, 냉매가 유동하는 냉매 유로가 구비되어 있는 어셈블리 냉각 플레이트(232)로 이루어져 있다.
어셈블리 냉각 플레이트(232)는 일면으로부터 이에 대향하는 타면 방향으로 만입된 구조의 수납부(233)가 형성되어 있으며, 서로 대향하는 양측 외주변에는 수납부(233)와 연통되는 구조의 어셈블리 냉매 유입부(234) 및 어셈블리 냉매 배출부(235)가 형성되어 있다.
어셈블리 냉각 플레이트(232)의 수납부(233)에는 냉매 유입부(234)로부터 냉매 배출부(235)에 이르는 냉매 유로가 'S'자 형태로 형성될 수 있도록, 다수의 비드(236)가 열 전달 플레이트(231)가 위치하는 일면 방향으로 돌출되어 있다.
도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 구성하는 단위모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 단위모듈(300)은 하나의 프레임 부재(310)의 일측에 하나의 전지셀(320)이 장착되고, 이에 대향하는 타측에 하나의 냉각 부재(330)가 장착되어 구성된다.
전지셀(320)은 양극 단자(321)와 음극 단자(322)가 서로 대향하는 양측 외주변에 형성되어 있다.
냉각 부재(330)는 플레이트 형상으로 이루어져 있으며, 프레임 부재(310)를 중심으로, 전지셀(320)의 대향 방향에서 장착됨으로써, 전지셀(320)과 대면하여 접촉된다.
냉각 부재(330)의 양측 단부들은 평면상으로 전지셀(320)의 양극 단자(321)와 음극 단자(322)에 대응되는 외주변 부위에서, 각각 3개의 돌출부(331)와 2개의 만입부(332)가 반복적으로 형성되어 있다.
냉각 부재(330)의 돌출부(331)에는 프레임 부재(310)와의 결합을 위한 결합용 체결공(331a)이 천공되어 있으며, 이에 대응되는 프레임 부재(310)의 만입형 체결부(311)에는 결합용 체결공(331a)에 삽입 및 결합되는 결합용 체결부(311a)가 돌출되어 있다.
따라서, 냉각 부재(330)는 돌출부(331)가 이에 대응되는 프레임 부재(310)의 부위에 형성된 만입형 체결부(311)에 결합되는 과정에서, 돌출부(331)의 결합용 체결공(331a)에 만입형 체결부(311)의 결합용 체결부(311a)가 삽입됨으로써 장착된다.
프레임 부재(310)는 전지셀(320)의 외주변을 감싸는 중공 구조로 이루어져 있으며, 4개의 외주변 중에서 전지셀(320)의 전극 단자들(321, 322)에 대응되는 외주변에 인접한 일측 외주변에는 5개의 체결부들(312, 313, 314, 315, 316)이 형성되어 있다.
각각의 체결부들(312, 313, 314, 315, 316)은 제 1 결합부들(312a, 313a, 314a, 315a, 316a)과 제 2 결합부들(312b, 313b, 314b, 315b, 316b)을 포함하고 있다.
제 1 결합부들(312a, 313a, 314a, 315a, 316a)은 후크 구조로 결합될 수 있도록, 전지셀(320)의 적층 방향 중에서, 전지셀(320)이 프레임 부재(310)에 탑재되는 위치에 대향하는 방향으로 모두 동일하게 돌출되어 있다.
제 2 결합부들(312b, 313b, 314b, 315b, 316b)은 인접한 또 다른 단위모듈의 프레임 부재의 제 1 결합부들이 삽입되어 체결될 수 있도록, 상기 제 1 결합부에 대응하는 형상의 만입홈으로 이루어져 있다.
제 1 결합부들(312a, 313a, 314a, 315a, 316a) 중에서, 3개의 제 1 결합부들(312a, 314a, 316a)은 후크 방향이 프레임 부재(310)의 외측 방향으로 형성되어 있으며, 2개의 제 1 결합부들(313a, 315a)은 후크 방향이 전지셀(320)이 장착되는 프레임 부재(310)의 내측 방향으로 형성되어 있다.
이에 대응되는 제 2 결합부들(312b, 313b, 314b, 315b, 316b) 역시, 3개의 제 2 결합부들(312b, 314b, 316b)은 프레임 부재(310)의 외측 방향으로 형성되어 있는 제 1 결합부들(312a, 314a, 316a)에 대응하여, 내측 방향으로부터 외측 방향으로 만입된 구조로 이루어져 있으며, 2개의 제 2 결합부들(313b, 315b)은 프레임 부재(310)의 내측 방향으로 형성되어 있는 제 1 결합부들(313a, 315a)에 대응하여, 외측 방향으로부터 내측 방향으로 만입된 구조로 이루어져 있다.
프레임 부재(310)의 외주변 중에서, 전지셀(320)의 양극 단자(321) 및 음극 단자(322)에 대응되는 외주변의 모서리 부위에는 외향 돌출된 형상의 연장 체결부(317)가 형성되어 있으며, 연장 체결부(317)에는 연장 체결구가 삽입될 수 있도록, 연장 체결공(317a)이 천공되어 있다.
도 10에는 도 9의 전지셀(320)이 프레임 부재(310)에 장착되는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 10를 참조하면, 전지셀(320)은 전지케이스의 수납부(323)가 일면으로부터 이에 대향하는 타면 방향으로 만입된 구조로 형성되어 있으며, 수납부(323)의 개방된 일면은 커버(324)에 의해 덮여있다.
전지셀(320)은 음극 단자(322)가 형성된 외주변에 인접한 측면 외주변의 실링부(325)가, 수납부(323)의 외측벽 방향으로 절곡된 상태에서, 수납부(323)의 외면이 냉각 부재에 접하도록 프레임 부재(310)에 장착(301)된다.
따라서, 단위모듈은 전지셀(320)을 구성하는 전지케이스의 커버(324)가 일면 방향으로 노출되어 있고, 이에 대향하는 타면 방향에 냉각 부재가 노출되어 있는 구조로 구성되며, 이에 따라, 전지케이스의 커버(324)가 위치하는 일면 방향으로 편향된 부위에서 돌출되어 있는 양극 단자와 음극 단자(322)가 보다 용이하게 프레임 부재(310)의 외측 방향으로 연장될 수 있다.
도 11에는 도 9의 단위모듈이 복수로 적층 및 결합되어 구성된 단위모듈 적층체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 11를 참조하면, 단위모듈 적층체(500)는 총 14개의 단위모듈(300)이 상호 적층 및 결합된 구조로 구성되어 있다.
단위모듈 적층체(500)는 단위모듈(300)을 구성하는 전지셀의 전지케이스 수납부가 동일한 방향을 향하도록 적층 배열되어 있다.
따라서, 단위모듈 적층체(500)의 최외곽 중에서, 일면에는 냉각 부재(530)가 노출되어 있으며, 이에 대향하는 타면에는 전지케이스의 수납부가 노출되어 있다.
최외곽에 위치한 프레임 부재들 중에서, 제 1 결합부의 돌출 방향(501)에 대응되는 방향에 위치한 프레임 부재(510)의 측면에는 제 2 결합부(516b)가 이에 인접한 프레임 부재가 위치하는 방향(502)으로만 형성되어 있다.
따라서, 불필요한 제 1 결합부가 돌출됨으로써, 초래될 수 있는 프레임 부재(510)의 구조적 손상을 방지할 수 있다.
도 12에는 도 11의 단위모듈 적층체에 플레이트들이 장착되는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 12을 참조하면, 플레이트들(610, 621, 622, 630)은 엔드 플레이트(610), 제 1 측면 플레이트(621), 제 2 측면 플레이트(622), 및 외면 플레이트(630)로 구성되어 있다.
엔드 플레이트(610)는 단위모듈 적층체(500)를 구성하는 단위모듈들의 적층 방향의 최외곽 중에서, 전지케이스의 커버(324)가 노출되는 면에 장착된다.
엔드 플레이트(610)에는 강성을 위한 보강 비드(611)가 반복적으로 형성되어 있다.
단위모듈 적층체(500)의 연장 체결부(517)에 대응되는 엔드 플레이트(610)의 모서리 부위는 외향 돌출되어 있으며, 단위모듈 적층체(500)의 연장 체결부(517)에 형성된 연장 체결공(517a)에 대응되는 체결공(617a)이 천공되어 있다.
따라서, 단위모듈 적층체(500)의 연장 체결공(517a) 및 엔드 플레이트(610)의 체결공(617a)에는 연장 체결구(640)가 동시에 삽입됨으로써, 단위모듈 적층체(500)와 엔드 플레이트(610)를 상호 결합할 수 있다.
제 1 측면 플레이트(621)와 제 2 측면 플레이트(622)는 서로 대향하는 방향에서, 단위모듈 적층체(500)의 전극 단자들(521)이 형성된 양 측면에 장착된다.
제 1 측면 플레이트(621)와 제 2 측면 플레이트(622)에는 단위모듈 적층체(500)의 전극 단자들(521)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바(623)가 위치해 있다.
외면 플레이트(630)는 엔드 플레이트(610) 및 측면 플레이트들(621, 622)과 인접한 단위모듈 적층체(500)의 상면에 장착된다.
외면 플레이트(630)는 제 1 측면 플레이트(621) 및 제 2 측면 플레이트(622)의 일부를 감싸면서 고정하도록, 외주변들(631, 632)이 제 1 측면 플레이트(621) 및 제 2 측면 플레이트(622) 쪽으로 절곡 연장되어 있다.
따라서, 제 1 측면 플레이트(621)와 제 2 측면 플레이트(622)는 외면 플레이트(630)에 인접한 부위의 일부가 외면 플레이트(630)의 외주변들(631, 632)에 의해 안정적으로 고정됨으로써, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

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  10. 복수의 전지모듈들로 이루어진 전지모듈 어셈블리를 수납하는 하나 이상의 모듈 수납부를 포함하여 형성되어 있는 베이스 플레이트;
    인접 배열된 복수의 전지모듈들로 이루어져 있고 상기 모듈 수납부에 장착되는 하나 이상의 전지모듈 어셈블리;
    전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈들의 냉각을 위해, 전지모듈 어셈블리의 하부와 베이스 플레이트 사이에 위치하고, 냉매가 지면에 대해 수평으로 유동하는 어셈블리 냉각 부재;
    상기 전지모듈 어셈블리의 상단에 장착되어 있고 전지모듈들의 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System); 및
    상기 전지모듈들의 온도를 측정하여 BMS로 송부하는 온도 센서;를 포함하고,
    상기 어셈블리 냉각 부재는,
    상기 전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈들의 하단에 장착되는 열 전달 플레이트,
    상기 열 전달 플레이트의 하면에 열접촉 된 상태로 장착되어 있고, 냉매가 유동하는 중공 구조 또는 냉매 도관이 구비되어 있는 어셈블리 냉각 플레이트, 및
    상기 어셈블리 냉각 플레이트의 상단 외면에 장착되어 있는 하나 이상의 발열체를 포함하며,
    상기 BMS는 온도 센서로부터 측정되는 전지모듈들의 온도가 임계 온도 이하로 떨어지면, 상기 발열체에 전류를 공급하여 어셈블리 냉각 부재의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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  13. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈은,
    동일한 면이 서로 동일한 방향으로 적층 배열된 둘 이상의 전지셀들;
    각각의 전지셀의 외주변을 감싸는 구조의 프레임 부재들; 및
    각각의 전지셀과 대면하여 접촉하는 플레이트 형상의 냉각 부재들;
    을 포함하고 있고,
    하나의 프레임 부재의 일측에 하나의 전지셀이 장착되어 있고 타측에 하나의 냉각 부재가 장착되어 단위모듈을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프레임 부재에는, 인접한 단위모듈의 프레임 부재와 결합되기 위한 체결부가, 전지셀의 전극 단자에 대응되는 외주변을 제외한 나머지 외주변들 중에서, 적어도 하나의 외주변에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 체결부는,
    인접한 단위모듈의 프레임 부재와 후크 구조로 결합될 수 있도록, 전지셀의 적층 방향으로 돌출된 제 1 결합부: 및
    인접한 또 다른 단위모듈의 프레임 부재의 제 1 결합부가 삽입되어 체결될 수 있도록, 상기 제 1 결합부에 대응하는 형상의 만입홈으로 이루어진 제 2 결합부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 프레임 부재는, 다른 프레임 부재들과의 체결 강화를 위해, 적어도 하나의 모서리 부위에 외향 돌출된 형상의 연장 체결부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 연장 체결부에는 연장 체결공이 천공되어 있고, 프레임 부재들의 연장 체결부들에 연장 체결구가 삽입되어 프레임 부재들을 상호 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 발열체는 탄소 발열 필름인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 탄소 발열 필름은,
    시트 형상의 복합체 필름; 및
    상기 복합체 필름의 양측 단부 부위에 시트의 폭 방향으로 형성되어 있는 스트립형 도전성 단자들;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 임계 온도는 영하 40 도 내지 0 도의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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KR102211576B1 (ko) 규격화된 구조의 셀 프레임들을 포함하는 전지모듈
KR102196262B1 (ko) 고정용 돌기가 형성되어 있는 냉각핀을 포함하는 전지모듈
KR102201630B1 (ko) 전지케이스의 외형 변형이 적은 전지셀
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KR102002315B1 (ko) 용량과 크기가 상이한 단위셀들로 구성된 비정형 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
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