KR102586349B1 - Cartridge having enlarged radiating area and battery pack using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열면적확대 카트리지 및 이를 포함하는 배터리팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열면적확대 카트리지 및 이를 포함하는 배터리팩은 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀이 내장되어 있으며, 상기 전지셀과 접하는 부위에는 냉각 유로가 형성되어 있고, 이러한 방열면적확대 카트리지를 포함하여 전지모듈이 구성된다.The present invention discloses a heat dissipation area enlargement cartridge and a battery pack containing the same. The heat dissipation area expansion cartridge and the battery pack containing the same according to an embodiment of the present invention are cartridges that form a battery module by stacking a plurality of battery cells, the battery cells are built in, and the area in contact with the battery cells is cooled. A flow path is formed, and a battery module is constructed including a cartridge to expand the heat dissipation area.
Description
본 발명은 방열면적확대 카트리지 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지셀이 냉각유로(air path)에 노출되는 표면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시키고 구조를 단순화한 방열면적확대 카트리지 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a heat dissipation area expansion cartridge and a battery pack containing the same. More specifically, a heat dissipation area expansion cartridge that improves cooling efficiency and simplifies the structure by increasing the surface area of the battery cell exposed to the cooling passage (air path). and a battery pack including the same.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 이러한 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, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.In accordance with the recent trend of miniaturization and weight reduction of electronic devices, batteries that serve as power sources are also required to be miniaturized and lightweight. Secondary batteries capable of charging and discharging are widely used as an energy source for wireless mobile devices. In addition, secondary batteries are also attracting attention as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as a solution to air pollution from existing gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. Therefore, the types of applications that use secondary batteries are becoming very diverse due to the advantages of secondary batteries, and in the future, secondary batteries are expected to be applied to more fields and products than now.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.These secondary batteries are classified into lithium-ion batteries, lithium-ion polymer batteries, and lithium-polymer batteries depending on the composition of the electrode and electrolyte. Among them, lithium-ion polymer batteries, which have a low possibility of electrolyte leakage and are easy to manufacture, are used more. It is increasing. Generally, secondary batteries include cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is built into a cylindrical or square metal can, depending on the shape of the battery case, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is built in a pouch-shaped case of aluminum laminate sheet. The electrode assembly built into the battery case is a power generating element capable of charging and discharging, consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a long sheet-like positive electrode and a negative electrode coated with an active material. It is classified into a jelly-roll type rolled with a separator in place, and a stack type in which a plurality of anodes and cathodes of a certain size are sequentially stacked with a separator interposed between them.
전지모듈을 구성하는 상기와 같은 전지셀들간 직렬 연결이나 병렬 연결은, 배터리 팩이 적용된 장치를 고려하여 배터리 팩의 출력이나 용량, 구조 등에 따라 여러 형태로 결정될 수 있다. 따라서, 이차 전지들은 다양한 직렬 연결 및 병렬 연결 형태로 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈은 하나 이상 배터리 팩에 포함될 수 있다. 특히, 배터리 모듈은 경우에 따라서 이차 전지가 직렬 또는 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.The series connection or parallel connection between the above battery cells constituting the battery module can be determined in various ways depending on the output, capacity, structure, etc. of the battery pack, taking into account the device to which the battery pack is applied. Accordingly, the secondary batteries are connected in various series and parallel connections to form a battery module, and one or more of these battery modules may be included in a battery pack. In particular, the battery module may be configured with secondary batteries connected in series or parallel depending on the case.
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 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.Since it is desirable for medium to large-sized battery modules to be manufactured in as small a size and weight as possible, rectangular batteries and pouch-type batteries that can be packed with a high degree of integration and have a small weight-to-capacity battery are mainly used as battery cells for medium-to-large battery modules. In particular, pouch-type batteries that use aluminum laminate sheets, etc. as exterior members have recently attracted much attention due to their advantages such as small weight and low manufacturing cost.
한편, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 작동과정에서 필연적으로 많은 열이 발생하는 바, 이러한 열이 효율적으로 제거되지 않으면, 전지셀의 열화를 촉진하고 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 전지셀들의 방열이 효율적으로 진행될 수 있어야 하므로, 유로의 확보가 필요하며, 이러한 유로는 전지모듈의 크기 증가를 유발하는 요인들 중의 하나이다.Meanwhile, since the battery cells that make up medium to large-sized battery modules are composed of secondary batteries that can be charged and discharged, a lot of heat is inevitably generated during the operation process. If this heat is not removed efficiently, it can accelerate the deterioration of the battery cells. In some cases, there is a risk of ignition or explosion. Therefore, since the heat dissipation of the battery cells must be carried out efficiently, it is necessary to secure a flow path, and this flow path is one of the factors causing an increase in the size of the battery module.
도 1에는 종래의 냉각 유로가 형성되어 있는 카트리지의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 카트리지를 포함하고 있는 전지팩의 모식도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a schematic diagram of a cartridge in which a conventional cooling passage is formed, and Figure 2 shows a schematic diagram of a battery pack including the cartridge of Figure 1.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 종래의 카트리지(10)는 유로를 형성하고 면압용 비드들(14)이 형성되어 있으며, 상기 면압용 비드들(14)에 의해 냉각 유로들(12)이 형성되어 있다. 상기 냉각 유로들(12)은 냉매가 카트리지(10)의 일측면에서 유입되어 대향측 측면으로 유출되도록 형성되어 있다.Referring to Figures 1 and 2 together, the conventional cartridge 10 forms a flow path and beads 14 for surface pressure are formed, and the cooling flow paths 12 are formed by the beads 14 for surface pressure. It is formed. The cooling passages 12 are formed so that refrigerant flows in from one side of the cartridge 10 and flows out from the opposite side.
이러한 구조에서, 상기 카트리지들(10)이 적층된 전지모듈을 포함하는 전지팩(20)의 냉매 유동은 전지팩의 상부에서 하방향으로 흐르고 전지팩의 하부를 이동한 후 배출되도록 형성되어 있다.In this structure, the refrigerant flow of the battery pack 20 including the battery module in which the cartridges 10 are stacked flows downward from the top of the battery pack, moves to the bottom of the battery pack, and is then discharged.
그러나, 이러한 냉각 방식은 간단하지만 모듈에 다수의 추가적인 부품이 구성되어야 하며, 특히 차량 등과 같이 한정된 내부공간에 효율적으로 장착되기 위한 콤팩트한 구조의 전지팩 달성에 문제가 되고, 냉각 효율이 우수하지 못하다는 단점이 있다.However, although this cooling method is simple, it requires a large number of additional components to be configured in the module, which is especially problematic in achieving a compact battery pack structure for efficient installation in limited internal spaces such as vehicles, and the cooling efficiency is not excellent. has a drawback.
본 발명의 일 실시 예는, 공간을 적게 차지하는 콤팩트한 구조를 달성하고, 또한 전지팩 내부에서 셀이 냉각 유로에 노출되는 표면적을 넓혀 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 카트리지 및 이러한 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention provides a cartridge that achieves a compact structure that occupies less space and can also improve cooling efficiency by increasing the surface area where cells are exposed to the cooling passage inside the battery pack, and a battery module composed of such cartridge. We would like to provide a battery pack that includes
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀이 내장되어 있으며, 상기 전지셀과 접하는 부위에는 냉각 유로가 형성될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a cartridge in which a plurality of battery cells are stacked to form a battery module has the battery cells built in, and a cooling passage may be formed in a portion in contact with the battery cells.
상기 냉각 유로는 U자 형상으로 형성될 수 있다.The cooling passage may be formed in a U shape.
상기 카트리지의 모서리 부위에는 유속 보상부들이 형성될 수 있다.Flow rate compensators may be formed at corners of the cartridge.
상기 카트리지는 프레임 구조로 이루어질 수 있다.The cartridge may have a frame structure.
상기 카트리지에는 모서리 부위에 유속 보상부들이 형성될 수 있다.Flow rate compensators may be formed at corners of the cartridge.
상기 카트리지에는 냉각 유로를 형성하는 비드들이 형성될 수 있다.Beads forming a cooling passage may be formed in the cartridge.
상기 전지셀은 판상형의 장방형 구조일 수 있다.The battery cell may have a plate-shaped rectangular structure.
상기 전지셀은 파우치형 전지셀일 수 있다.The battery cell may be a pouch-type battery cell.
상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어질 수 있다.The battery cell may be constructed by embedding an electrode assembly in a case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and then sealing the outer peripheral surface.
상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.The battery cell may have a structure in which a positive electrode terminal protrudes on one side of the outer peripheral surface and a negative electrode terminal protrudes on the opposite side.
상기 냉각 유로는 카트리지의 길이 방향으로 2개가 대칭 형상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.The cooling passages may have a structure in which two cooling passages are formed in a symmetrical shape in the longitudinal direction of the cartridge.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 카트리지가 적층되어 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a battery pack including a battery module configured by stacking the cartridges may be provided.
상기 전지모듈은 냉매 유입구가 일측에 형성되어 있고 대향측에 냉매 유출구가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함할 수 있다.The battery module may include an upper case in which a refrigerant inlet is formed on one side and a refrigerant outlet is formed on the opposite side.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 구성 부품을 단순화하고 차량에 탑재시 상부 위주의 냉각 구조를 형성하여 공간을 적게 차지하는 콤팩트한 구조를 달성함과 아울러 조립성을 향상시키고, 또한 전지팩 내부에서 셀이 냉각 유로에 노출되는 표면적을 넓혀 냉각 효율성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, cooling components are simplified and a top-oriented cooling structure is formed when mounted on a vehicle, thereby achieving a compact structure that takes up less space, improving assembling, and also improving assembly efficiency within the battery pack. It can provide the effect of improving cooling efficiency by increasing the surface area exposed to the cooling channel.
도 1은 종래의 냉각 유로가 형성되어 있는 카트리지의 모식도이다.
도 2는 도 1의 카트리지를 포함하고 있는 전지팩의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지의 평면 모식도 모식도이다.
도 4는 도 3의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지의 냉각 유로의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩의 모식도이다.
도 6은 도 5의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩의 냉매 유동 방향을 나타내는 모식도이다.
도 7은 도 5의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 구성하는 상부 케이스의 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a cartridge in which a conventional cooling passage is formed.
Figure 2 is a schematic diagram of a battery pack containing the cartridge of Figure 1.
Figure 3 is a schematic plan view of a cartridge for expanding the heat dissipation area according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of a cooling passage of the heat dissipation area expansion cartridge according to one embodiment of the present invention of Figure 3.
Figure 5 is a schematic diagram of a battery pack including a battery module composed of a heat dissipation area enlarged cartridge according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing the direction of refrigerant flow in a battery pack including a battery module composed of a heat dissipation area enlarged cartridge according to an embodiment of the present invention of Figure 5.
Figure 7 is a schematic diagram of the upper case constituting the battery pack according to one embodiment of the present invention of Figure 5.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, the matters expressed in the attached drawings may be different from the actual implementation form in the schematic drawings to easily explain the embodiments of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. When a component is mentioned as being connected or connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다. And here, “connection” includes direct connection and indirect connection between one member and another member, and may mean all physical connections such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and bonding.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.In addition, expressions such as 'first, second', etc. are expressions used only to distinguish a plurality of components, and do not limit the order or other characteristics between the components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as “includes” or “has” are intended to mean the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, including one or more other features or numbers, It can be interpreted that steps, operations, components, parts, or combinations thereof can be added.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지의 평면 모식도 모식도이고, 도 4는 도 3의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지의 냉각 유로의 모식도이다.Figure 3 is a schematic plan view of a cartridge for expanding the heat dissipation area according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a schematic diagram of a cooling passage of the cartridge for expanding the heat dissipation area according to an embodiment of the present invention in Figure 3.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지(100)는 복수의 전지셀들이 적층되어 전지모듈을 구성하는 카트리지로서, 상기 전지셀이 내장되어 있으며, 상기 전지셀과 접하는 부위에는 냉각 유로(120)가 형성되어 있다.Referring to Figures 3 and 4 together, the heat dissipation area expansion cartridge 100 according to one embodiment of the present invention is a cartridge in which a plurality of battery cells are stacked to form a battery module, and the battery cells are built in, A cooling passage 120 is formed in the area in contact with the battery cell.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각 유로(120)는 비드들(124)에 의해 U자 형상으로 형성되어 있고, 일측의 모서리 부위에는 유속 보상부들(122)이 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 냉각 유로(120)는 카트리지의 길이 방향으로 2개가 상호 대칭 형상으로 형성되어 있다.In one specific example, the cooling passage 120 is formed in a U-shape by beads 124, and flow rate compensators 122 are formed at one corner. Specifically, two cooling passages 120 are formed in a mutually symmetrical shape in the longitudinal direction of the cartridge.
이러한 구조에서, 상기 방열면적확대 카트리지(110)는 판상형의 장방형 구조로 이루어져 있고, 상기 전지셀 카트리지(110)는 전지셀의 전극 단자가 노출될 수 있도록 전극 단자 노출부가 양측에 각각 형성되어 있다. 여기서, 상기 전지셀은 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지셀이 바람직하고, 상기 파우치형 전지셀은 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.In this structure, the heat dissipation area expansion cartridge 110 has a plate-shaped rectangular structure, and the battery cell cartridge 110 has electrode terminal exposure portions formed on both sides so that the electrode terminals of the battery cells can be exposed. Here, the battery cell is attracting much attention due to the increased capacity of the battery, the enlargement of the case area, and the processing into thin material. Accordingly, the stacked or stacked/folded electrode assembly is placed in a pouch-type battery case of aluminum laminate sheet. A pouch-type battery cell with a built-in structure is preferable, and the usage of the pouch-type battery cell is gradually increasing due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation.
상기 전지셀의 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 연결되어 있는 커버로 이루어져 있다.The battery case of the battery cell consists of a case body including a concave storage portion in which the electrode assembly can be seated, and a cover integrally connected to the body.
또한, 상기 전지셀의 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성되어 있다.In addition, the battery case of the battery cell is made of a laminated sheet, and is composed of an outer resin layer forming the outermost layer, a barrier metal layer to prevent penetration of materials, and an inner resin layer for sealing.
여기서, 상기 전극조립체는 다수의 양극 탭들과 다수의 음극 탭들이 각각 융착되어 전극 리드에 함께 결합되어 있으며, 케이스 본체의 상단부와 커버의 상단부가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 리드 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 리드와 전지케이스의 밀봉성을 확보하기 위하여 리드의 상하면에 절연필름이 부착되는 것이 바람직하다.Here, the electrode assembly consists of a plurality of anode tabs and a plurality of cathode tabs each fused together and joined together to an electrode lead, and when the upper part of the case body and the upper part of the cover are heat-fused by a heat-sealer, there is a gap between the heat-sealer and the lead. In order to prevent short circuits from occurring and ensure the sealability of the leads and the battery case, it is preferable that insulating films are attached to the top and bottom of the leads.
도면에 도시된 바와 같은 전지셀의 전극조립체의 형태는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조이다.The shape of the electrode assembly of the battery cell as shown in the drawing is such that the positive electrode terminal protrudes on one side of the outer peripheral surface and the negative electrode terminal protrudes on the opposite side.
이와 같은 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 전지 모듈을 구성할 때 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해 카트리지를 이용하는 경우가 많다.Such pouch-type secondary batteries are generally packaged in a battery case made of a laminated sheet of aluminum and polymer resin, so their mechanical rigidity is not high. Therefore, when constructing a battery module including a plurality of pouch-type secondary batteries, cartridges are often used to protect the secondary batteries from external impacts, prevent their movement, and facilitate stacking.
상기와 같은 파우치형 이차 전지는 카트리지 이용하여 전지모듈을 구성하게 되는데, 상기 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 문제가 되어 냉각이 요구된다.The pouch-type secondary battery as described above uses a cartridge to form a battery module. Since the battery module is a structure in which a large number of battery cells are combined, the safety and operation of the battery module may be affected if some of the battery cells experience overvoltage, overcurrent, or overheating. Efficiency becomes an issue and cooling is required.
여기서, 이러한 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.Here, as safety elements that can effectively control abnormal conditions such as overcharge and overcurrent, a PTC (Positive Temperature Coefficient) element, a protection circuit module (PCM), etc. are connected to the battery cell.
상기와 같이 과전압, 과전류, 과발열을 방지하기 위해 전지셀들을 냉각하며, 전지셀들의 냉각 방식은 수냉식과 공냉식이 있되, 수냉식은 냉각수 파이프, 방열판, 펌프 등 다수의 부품들이 필요하게 되는데, 이는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 차량의 개발 목적과 맞지 않으며, HEV 차량은 타 차종에 비해 배터리 팩의 크기가 작아 사용되는 배터리 수량이 적고, 용량이 낮으므로 발열량이 비교적 크지 않아 공냉식을 적용하고 있다.As mentioned above, the battery cells are cooled to prevent overvoltage, overcurrent, and overheating. There are two types of cooling methods for the battery cells: water-cooling and air-cooling. The water-cooling type requires a number of parts such as coolant pipes, heat sinks, and pumps, which are HEV (Hybrid Electric Vehicle) It does not fit the purpose of vehicle development, and the battery pack size of HEV vehicles is small compared to other types of vehicles, so the number of batteries used is small, and the heat generation is relatively low due to low capacity, so air cooling is applied.
도 4에 도시된 바와 같이, 냉매가 일측에서 유입되어 비드들(124)에 의해 형성되어 있는 U자 형상의 냉각 유로(120)를 통해 유입된 방향과 같은 방향으로 흐르게 된다.As shown in FIG. 4, refrigerant flows in from one side and flows in the same direction as the flow through the U-shaped cooling passage 120 formed by the beads 124.
이러한 구조에서, 일측의 모서리 부위에는 유속 보상부들(122)이 각각 형성되어 있다. 이는, 냉각 유로 단면적 축소를 유도하여 유속 증가를 통해 내부와 외부 공기 유속을 보상하기 위한 구조이다.In this structure, flow rate compensators 122 are formed at the corners of one side. This is a structure to compensate for internal and external air flow rates by increasing the flow rate by reducing the cross-sectional area of the cooling passage.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩의 모식도이고, 도 6은 도 5의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩의 냉매 유동 방향을 나타내는 모식도이며, 도 7은 도 5의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 구성하는 상부 케이스의 모식도이다.Figure 5 is a schematic diagram of a battery pack including a battery module composed of a heat dissipation area expansion cartridge according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a schematic diagram of a battery pack composed of a heat dissipation area expansion cartridge according to an embodiment of the present invention of Figure 5. It is a schematic diagram showing the direction of refrigerant flow in a battery pack including a battery module, and FIG. 7 is a schematic diagram of the upper case constituting the battery pack according to one embodiment of the present invention in FIG. 5.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방열면적확대 카트리지로 구성된 전지모듈을 포함하는 전지팩(200)이 도시되어 있되, 여기서 방열면적확대 카트리지들(100)이 지면을 기준으로 측면 방향으로 순차적으로 적층되어 있는 전지모듈에 냉매 유입구(132)가 일측에 형성되어 있고 대향측에 냉매 유출구가 형성되어 있는 상부 케이스(130)를 포함하여 구성되어 있다.Referring to FIGS. 5 to 7 together, a battery pack 200 including a battery module composed of a heat dissipation area enlarged cartridge according to an embodiment of the present invention is shown, where the heat dissipation area enlarged cartridges 100 are shown. The battery modules are sequentially stacked in the lateral direction with respect to the ground, and include an upper case 130 with a refrigerant inlet 132 formed on one side and a refrigerant outlet formed on the opposite side.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩(200)은 냉매가 전지모듈의 상측에 형성되어 있는 냉매 유입구(132)를 통해 유입되고, U자 형상의 냉각 유로(120)를 따라 아래로 유동한 후 상방으로 유동하여 상부 케이스(130)의 냉매 유입구(132)에 대향측에 형성되어 있는 냉매 유출구로 배출된다. 즉, 상기 상부 케이스(130)는 전지모듈의 상측 일부를 덮고 있고, 전지모듈 상부에서 냉각 공기가 유입되고 카트리지 내부에서 냉각 공기가 회전하여 다시 상부로 배출되는 구조이다.In the battery pack 200 according to an embodiment of the present invention, the refrigerant flows in through the refrigerant inlet 132 formed on the upper side of the battery module and flows downward along the U-shaped cooling passage 120. Then, it flows upward and is discharged through the refrigerant outlet formed on the opposite side to the refrigerant inlet 132 of the upper case 130. That is, the upper case 130 covers a portion of the upper part of the battery module, and has a structure in which cooling air flows in from the top of the battery module, and the cooling air rotates inside the cartridge and is discharged back to the top.
따라서, 본 발명에 따른 방열면적확대 카트리지 및 이를 포함하는 전지팩은 냉각 구성 부품을 단순화하고 차량에 탑재시 상부 위주의 냉각 구조를 형성하여 공간을 적게 차지하는 콤팩트한 구조를 달성함과 아울러 조립성을 향상시키고, 또한 전지팩 내부에서 전지셀이 냉각 유로에 노출되는 표면적을 넓혀 냉각 효율성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.Therefore, the heat dissipation area expansion cartridge according to the present invention and the battery pack containing the same simplify cooling components and form a top-oriented cooling structure when mounted on a vehicle, thereby achieving a compact structure that takes up less space and improving assemblyability. In addition, it can provide the effect of improving cooling efficiency by expanding the surface area where the battery cells are exposed to the cooling passage inside the battery pack.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above are merely presented by selecting the most preferred embodiments among various possible embodiments to aid the understanding of those skilled in the art, and the technical idea of this invention is not necessarily limited or limited only by the presented embodiments. Rather, it is stated that various changes, additions, and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. must be interpreted. In addition, the terms and words used in this specification and claims are defined based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way, and do not use the terms or words in common or dictionary terms. It should not be interpreted limited to meaning only. In addition, the order of components described in the above-described process does not necessarily have to be performed in chronological order, and even if the order of performance of each component and step is changed, if the gist of the present invention is satisfied, such process may fall within the scope of the rights of the present invention. Of course it exists.
100: 방열면적확대 카트리지
120: 냉각 유로
122: 유속 보상부들
124: 비드
130: 상부 케이스
132: 냉매 유입구100: Heat dissipation area expansion cartridge
120: Cooling flow path
122: Flow compensation units
124: bead
130: upper case
132: Refrigerant inlet
Claims (12)
상기 전지셀이 내장되어 있으며, 상기 전지셀과 접하는 부위에는 냉각 유로가 형성되며,
상기 카트리지에는 모서리 부위에 유속 보상부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.A cartridge in which a plurality of battery cells are stacked to form a battery module,
The battery cell is built in, and a cooling passage is formed in the area in contact with the battery cell,
A heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that flow rate compensation parts are formed at the corners of the cartridge.
상기 냉각 유로는 U자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
A heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that the cooling passage is formed in a U shape.
상기 카트리지는 프레임 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
The cartridge is a heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that the cartridge consists of a frame structure.
상기 카트리지에는 냉각 유로를 형성하는 비드들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
A heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that beads forming a cooling passage are formed in the cartridge.
상기 전지셀은 판상형의 장방형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
A heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that the battery cell has a plate-shaped rectangular structure.
상기 전지셀은 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
A cartridge for expanding the heat dissipation area, characterized in that the battery cell is a pouch-type battery cell.
상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
The battery cell is a heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that the electrode assembly is built into a case of a laminated sheet containing a metal layer and a resin layer, and then the outer peripheral surface is sealed.
상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
The battery cell is a heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that the positive electrode terminal protrudes on one side of the outer peripheral surface and the negative terminal protrudes on the opposite side.
상기 냉각 유로는 카트리지의 길이 방향으로 2개가 대칭 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열면적확대 카트리지.According to claim 1,
A heat dissipation area expansion cartridge, characterized in that two cooling passages are formed in a symmetrical shape in the longitudinal direction of the cartridge.
상기 전지모듈은 냉매 유입구가 일측에 형성되어 있고 대향측에 냉매 유출구가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.According to claim 11,
The battery module is a battery pack characterized in that it includes an upper case in which a refrigerant inlet is formed on one side and a refrigerant outlet is formed on the opposite side.
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