KR20080109950A - 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스 - Google Patents

Abstract

충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('배출 덕트')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재가 상기 유입 덕트 상에 형성되어 있는 구조로 이루어진 중대형 전지팩 케이스를 제공한다.

Description

냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스 {Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux}

도 1은 종래의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 사시도이다;

도 2는 도 1의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도이다;

도 4는 도 3에서 가이드 부재의 장착 위치를 나타내는 C 부위를 확대한 부분 모식도이다;

도 5는 도 2 및 도 3의 구조로 제작된 중대형 전지팩에서 셀 사이의 유량 분포를 측정한 결과를 나타낸 비교 그래프이다;

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 2개의 가이드 부재가 형성된 중대형 전지팩의 단면 모식도이다;

도 7은 도 6에서 2개의 가이드 부재의 장착 위치를 나타내는 E 부위를 확대한 부분 모식도이다.

본 발명은 중대형 전지팩 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간(유입 덕트)과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간(배출 덕트)이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재가 상기 유입 덕트 상에 형성되어 있는 구조로 이루어진 중대형 전지팩 케이스에 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) 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 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 전지셀로서 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.

중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량의 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.

한편, 다수의 전지셀들로 구성된 중대형 전지팩에서, 일부 전지셀의 성능 저하는 전체 전지팩의 성능 저하를 초래하게 된다. 이러한 성능 불균일성을 유발하는 주요 원인 중의 하나는 전지셀 간의 냉각 불균일성에 의한 것이므로, 냉매의 유동시 냉각 균일성을 확보할 수 있는 구조가 요구된다.

일반적으로, 중대형 전지팩에서, 냉매 유입구측 덕트(이하, '유입 덕트'라 함) 및 냉매 배출구측 덕트(이하, '배출 덕트'라 함)가 수평인 전지팩을 설계할 때 다수의 내부 셀 사이로 균일한 유량 분배를 이루기가 어렵고, 특히 냉매 유입구 부근의 셀 사이로 유량이 집중되는 현상이 발생하므로 냉매 유입구 부근의 셀들은 과냉각되고 냉매 유입구와 먼 쪽의 셀들은 상대적으로 온도가 상승하게 되어 셀 간 온도차를 크게 유발하므로, 전지셀의 열화에 따라 전지팩의 전반적인 성능이 감소하게 된다.

반면에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 유입 덕트와 배출 덕트의 형상을 변경하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 형상 변경에 따른 전지팩의 크기 증가와 구조적 안정성의 저하 등이 유발될 수 있으므로, 가능하면 유입 덕트와 배출 덕트의 형상을 그대로 유지한 상태로 상기와 같은 열화 문제점을 개선하는 것이 바람직하다.

이와 관련하여, 냉매의 불균일한 분배로 인한 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 한국 특허출원공개 제2006-037601호에는 일정 간격으로 배열되는 다수의 단위전지 및 상기 단위전지들을 내장하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 온도 제어용 공기를 상기 단위전지의 배열 방향에 대해 경사진 방향으로 유입시키기 위한 유입부와, 상기 단위전지를 거친 공기를 배출시키기 위한 유출부를 구비하는 전지 모듈에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 유입부측 하우징이 경사져 있으므로, 차량과 같은 외부 디바이스에 장착하기가 용이하지 않고, 별도의 가이드 부재가 유입부에 장착되어 있지 않으므로 전지셀들 사이 각각에 흐르는 유량 을 정밀하게 제어하지 못하는 단점이 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.

본 출원의 발명자들은 중대형 전지팩 케이스에 대한 다양한 실험들과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 전지팩 케이스에 형성된 유입 덕트 상에 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재를 형성할 경우, 놀랍게도, 전지 셀 사이의 유로에 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 분배할 수 있어서, 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있고, 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는, 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 냉매 유 입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('배출 덕트')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재가 상기 유입 덕트 상에 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.

즉, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는 유입 덕트 상에 소정의 길이를 가진 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재를 전지셀 적층방향에 평행하게 형성함으로써, 냉매 유입구 부근의 셀 사이로 유량이 집중되는 현상이 개선되어, 종래의 유입 덕트 상에 가이드 부재가 별도로 형성되지 않은 경우와 비교하여, 전지셀들 사이의 유로에 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 할 수 있고, 전지셀의 충방전시에 발생한 열을 균일한 냉매의 유동에 의해 효과적으로 제거할 수 있으므로, 냉각 효율성을 높여 전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스에 장착되는 전지모듈은 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 전지모듈을 구성할 수 있다. 따라서, 적층된 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.

상기 유입 덕트 및 배출 덕트는 전지셀들의 충방전에 따른 열의 발생을 효과 적으로 냉각시키기 위한 냉매가 유입 및 배출될 수 있는 유동 공간으로서, 전지팩 케이스의 상부 또는 하부에 각각 형성되어 있다.

경우에 따라서는, 상기 유입 덕트의 수직 높이는 배출 덕트의 수직 높이를 기준으로 40 내지 95%의 크기를 가지는 구조로 형성함으로써, 전지셀들 간 통로에 흐르는 냉매의 유량을 더욱 균일하게 할 수도 있다. 즉, 유입 덕트와 배출 덕트의 폭이 동일한 경우, 유입 덕트의 높이가 작아짐에 따라 유입 덕트의 유속이 상대적으로 빨라져서, 냉매 유입구 부근의 셀 사이로 유량이 집중되는 현상을 더욱 억제할 수 있다.

상기 가이드 부재의 형상은 냉매 유량의 균일성을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 판상 구조일 수 있다. 또한, 가이드 부재는 연속 구조와 비연속 구조 등이 모두 가능하며, 냉매 유입 방향에 대한 수직 단면상으로 유입 덕트를 상하로 완전히 분리한 구조와 부분적으로 분리한 구조 등이 모두 가능하다.

앞에서 언급한 바와 같이, 가이드 부재는 하나 또는 둘 이상으로 설치될 수 있으며, 예를 들어 가이드 부재가 하나의 가이드로서 유입 덕트 상에 형성되는 경우, 본 출원의 발명자들이 수행한 실험에 따르면, 가이드 부재가 냉매 유입구의 단부로부터 전지셀 적층방향으로 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 크기일 때, 전지셀간 흐르는 냉매 유량의 분포가 상당히 균일해짐을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 가이드 부재가 n 개의 가이드들로 구성되어 있을 때, 상기 각각의 가이드의 위치는 유입 덕트의 높이(T)를 기준으로 T/n의 높이(t)에서 상하 방향 으로 -15 내지 15% 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 가이드 부재가 1 개의 가이드로 이루어진 경우, 유입 덕트 높이의 1/2이 되는 지점(T/2)을 중심으로 상부 방향으로 15% 내지 하부 방향으로 15%의 범위내에서 전지셀 적층방향과 평행하게 형성되어 있을 수 있다. 반면에, 가이드 부재의 위치가 T/2를 중심으로 상하 방향으로 -15 내지 15% 범위를 벗어나면, 소정의 냉매 균일 효과를 얻기가 용이하지 않을 수 있다.

또한, 상기 가이드 부재가 2 개 이상(n 개)의 가이드들로 구성되어 있어 있을 때, 제 1 가이드는 유입 덕트의 입구부터 전지셀 적층방향으로 최상의 위치에서 형성되어 있고, 추가되는 제 n 가이드는 제 n-1 가이드보다 짧은 길이를 가지고 제 n-1 가이드의 하부에 위치하는 구조가 바람직하다.

예를 들어, 가이드 부재가 3 개의 가이드로 구성되는 경우, 제 1 가이드보다 짧은 길이를 가진 제 2 가이드는 제 1 가이드의 하부에 위치하고, 제 2 가이드보다 짧은 길이를 가진 제 3 가이드는 제 2 가이드의 하부에 위치하게 된다.

일반적으로, 가이드 부재의 수가 많을수록 전지셀 간 흐르는 냉매 유량을 더욱 균일하게 분포시킬 수 있으나, 공간상의 한계, 제조공정의 효율성 등을 고려하여 적정한 수의 가이드 부재를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 가이드 부재가 2 개의 가이드로 구성되는 경우, 제 2 가이드가 제 1 가이드보다 짧은 길이를 가지고 제 1 가이드의 하부에 위치하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 제 1 가이드는 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 크기이고, 제 2 가이드는 제 1 가이드의 길이를 기준으로 35 내지 65%의 크기를 가지는 경우에, 전지셀들 각각의 냉각이 더욱 균일해진다는 사실을 실험을 통해 확인할 수 있었다.

또한, 가이드 부재가 2 개의 가이드들로 이루어진 경우, 유입 덕트의 하단면을 기준으로 가장 큰 길이의 제 1 가이드가 유입 덕트 수직 높이(T)의 2/3에 해당하는 지점에서 상하 -10 내지 10% 범위 내에 위치하고, 제 2 가이드가 유입 덕트 수직 높이(T)의 2/3에 해당하는 지점에서 상하 -10 내지 10% 범위 내에 위치할 때 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 전지팩 케이스는 냉각 효율성이 문제가 되는 구조, 즉, 전지셀 적층방향에 대응하는 전지팩 케이스의 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 덕트들은 전지셀의 적층방향에 평행하게 형성되어 있는 구조에서 더욱 바람직하다.

상기 덕트들은 유입 덕트와 배출 덕트로 이루어지며, 일 예로, 유입 덕트는 전지셀의 적층방향에 평행하게 전지팩 케이스의 상부에 형성되고, 배출 덕트는 전지셀의 적층방향에 평행하게 전지팩 케이스의 하부에 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 냉매는 냉매 유입구로 진입하여 유입 덕트를 지나 전지셀들 사이의 유로에 균등하게 분배되고, 배출 덕트를 통과하여 배출구의 외부로 배출된다. 반대로, 상기 유입 덕트는 전지팩 케이스의 하부에 전지셀의 적층방향에 평행하게 형성되고, 배출 덕트는 전지팩 케이스의 상부에 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 신속하고 원활하게 냉매 배출구로 이동하여 전지팩 외부로 배출될 수 있도록, 바람직하게는, 흡입 팬이 추가로 장착될 수 있다. 이러한 구조에서, 흡입 팬에 의해 발생한 냉매의 유동 구동력에 의해, 좁은 유입구를 통해 유입된 냉매는 빠른 유속으로 유입구에서 멀리 떨어진 전지셀까지 충분히 도달하여, 냉매의 유량이 동일한 조건에서 상대적으로 균일한 유량 분배 효과를 발휘한다.

본 발명은 또한 상기 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 중대형 전지팩을 제공한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "전지모듈"은 둘 또는 그 이상의 충방전 전지셀들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 소형 전지모듈을 다수 개 연결한 대형 전지모듈의 구성도 가능하다.

따라서, 상기 전지모듈은 충방전이 가능한 다수의 판상형 전지셀들로 이루어질 수 있으며, 본 명세서에서 '판상형'은 폭 대비 길이가 상대적으로 큰 형상, 예를 들어, 직육면체 형상을 의미한다.

상기 전지셀은 이차전지로서, 대표적으로 니켈 수소 이차전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도가 높고 방전 전압이 큰 리튬 이차전지가 특히 바람직하다. 전지모듈을 구성하는 충방전 단위셀로서 형상 면에서는 각형 전지와 파우치형 전지가 바람직하며, 제조비용이 낮고 중량이 적은 파우치형 전지가 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 중대형 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지 셀들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 전원에 특히 바람직하게 사용될 수 있다.

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 1에는 종래의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 중대형 전지팩(100)은 다수의 판상형 전지셀들(30)이 전기적 및 기계적으로 연결된 전지모듈(32)과, 이러한 전지모듈(32)이 장착되는 팩 케이스(70), 냉매 유입구(10)로부터 전지모듈(32)에 이르는 유동 공간인 유입 덕트(40)와 전지모듈(32)로부터 냉매 배출구(20)에 이르는 유동 공간인 배출 덕트(50)로 구성되어 있다.

냉매 유입구(10)로부터 유입된 냉매는 유입 덕트(40) 및 전지셀들(30) 사이에 형성된 유로(60)를 통과하면서 전지셀들(30)을 냉각시키고 배출 덕트(50)를 지나 냉매 배출구(20)를 통해 외부로 배출된다.

유입 덕트(40)의 수직 높이(a)는 배출 덕트(50)의 수직 높이(b)와 동일한 크기로 형성되어 있고, 냉매 유량은 냉매 유입구(10) 부근의 전지셀(30N)에 많이 분포되고 냉매 유입구(10)보다 먼 거리에 위치한 전지셀(30R)에는 적게 분포된다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에서 가이드 부재의 위치를 나타내는 C 부위를 확대한 부분 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 팩 케이스(70')는 전지셀(30)의 적층방향(L)에 대응하는 길이가 전지셀(30)의 폭방향(W)에 대응하는 길이보다 상대적으로 긴 형상으로 이루어져 있다. 또한, 전지셀 적층방향(L)에 수직한 방향으로, 냉매가 전지모듈(32)의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구(10')와 냉매 배출구(20')가 형성되어 있다.

전지모듈(32)의 전지셀들(30) 사이에는 냉매가 이동할 수 있는 작은 유로(60)가 형성되어 있어서, 냉매 유입구(10')로부터 유입된 냉매가 유로(60)를 통해 이동하면서 전지셀(30)에서 발생한 열을 제거한 후, 냉매 배출구(20')를 통해 배출되게 된다.

도 1 및 도 2에 개시되어 있는 전지팩 케이스(70)와의 차이점은, 가이드 부재(80)가 냉매 유입구(10')로부터 연결되어 있고, 유입 덕트(40')의 길이(D)를 기준으로 약 40%의 크기(d)를 가지면서 유입 덕트(40')의 높이(T)를 기준으로 약 T/2에 해당하는 위치에 전지셀 적층방향(L)에 평행하게 형성되어 있다는 점이다. 즉, 가이드 부재(80)의 하부에 흐르는 냉매는 주로 전지셀들(30N, 30O, 30P) 각각을 냉각시키고, 가이드 부재(80)의 상부에 흐르는 냉매는 주로 전지셀들(30R, 30S, 30T, 30U) 각각을 냉각시키므로, 각각의 전지셀들(30N, 30O, 30P, 30R, 30S, 30T, 30U)은 냉매를 균일하게 공급받게 된다.

이 경우, 가이드 부재(80)는 T/2를 기준으로 상부 방향 또는 하부 방향으로 바람직하게는 15% 범위 내에 위치할 수 있다.

이와 관련하여, 도 5에는 도 2 및 도 3의 구조로 각각 제작된 중대형 전지팩에서 전지셀들 간 유로의 유량 분포를 측정한 각각의 비교 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 즉, 도 2의 중대형 전지팩(100)에서 유량 분포를 측정한 결과(X)와, 도 3의 중대형 전지팩에서 유입 덕트 상에 가이드 부재를 전지셀 적층 방향과 평행하게 형성하였을 의 유량 분포를 측정한 결과(Y)가 각각 도시되어 있다.

구체적으로, X의 유량차(x)와 Y의 유량차(y)를 비교하여 보면, Y의 유량차(y)는 냉매 유입구(10)에 인접한 전지셀(도 2: 30N)에서의 냉매의 유동이 X의 유량차(x)보다 훨씬 적고, 따라서 냉매의 유량 분배 균일성이 크게 향상됨을 알 수 있다.

이는, 유입 덕트(40')내의 냉매 유속이 가이드 부재(80)의 상부와 하부에 흐르는 2 가지로 분리되어, 가이드 부재(80)의 하부에 흐르는 냉매는 냉매 유입구(10')로부터 근거리에 위치한 전지셀들에 주로 분배되고, 가이드 부재(80)의 상부에 흐르는 냉매는 냉매 유입구(10')로부터 원거리에 위치한 전지셀들까지 균등하게 분배될 수 있음을 의미한다.

도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 2 개의 가이드 부재가 형성된 중대형 전지팩의 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에서 2 개의 가이드 부재의 위치를 나타내는 E 부위를 확대한 부분 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 유입 덕트(40)의 길이(D)를 기준으로 약 40%의 크기(d)를 가진 제 1 가이드(82)가 유입 덕트(40)의 높이(T)를 기준으로 2/3T 위치에서 전지셀 적층 방향(L)에 평행하게 냉매 유입구(10)로부터 연속되어 있다. 또한, 제 1 가이드(82)의 길이(d1)를 기준으로 약 50%의 크기(d2)의 제 2 가이드(84)는 유입 덕트(40)의 높이(T)를 기준으로 T/3 위치에서 전지셀 적층 방향(L)에 평행하게 냉매 유입구(10)로부터 연속되어 있다. 즉, 제 2 가이드(84)의 하부에 흐르는 냉매는 주로 전지셀들(30N, 30O) 각각을 냉각시키고, 제 1 가이드(82)와 제 2 가이드(84) 사이에 흐르는 냉매는 주로 전지셀들(30O, 30P)을 냉각시키며, 제 1 가이드(82)의 상부에 흐르는 냉매는 주로 전지셀들(30P, 30U, 30T, 30S, 30R)을 냉각시키게 된다.

이 경우, 제 1 가이드(82) 및 제 2 가이드(84)는 2T/3 및 T/3를 기준으로 바람직하게는 상하 - 10% 내지 10% 범위 내에 위치할 수 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.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는 유입 덕트 상에 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재를 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 형성함으로써, 냉매의 유량 분배 균일성을 향상시킬 수 있고, 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있으며, 궁극적으로 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 충방전이 가능한 다수의 전지셀들을 적층한 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 전지셀들의 냉각을 위한 냉매가 전지셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 배출구가 팩 케이스에 형성되어 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('유입 덕트')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('배출 덕트')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 전지셀 적층방향에 평행한 방향으로 냉매의 유동을 유도하는 하나 또는 둘 이상의 가이드 부재가 상기 유입 덕트 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유입 덕트의 수직 높이는 배출 덕트의 수직 높이를 기준으로 40 내지 95%의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재는 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 크기를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재가 n 개의 가이드들로 구성되어 있을 때, 상기 각각의 가이드의 위치는 유입 덕트의 높이(T)를 기준으로 T/n의 높이(t)에서 상하 방향으로 -15 내지 15% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지 팩 케이스.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재는 2 개 이상(n 개) 가이드들로 구성되어 있고, 제 1 가이드는 유입 덕트의 입구부터 전지셀 적층방향으로 최상의 위치에 형성되어 있으며, 추가되는 제 n 가이드는 제 n-1 가이드보다 짧은 길이를 가지고 제 n-1 가이드의 하부에 위치하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 가이드는 유입 덕트의 길이를 기준으로 15 내지 50%의 크기이고, 제 2 가이드는 제 1 가이드의 길이를 기준으로 35 내지 65%의 크기를 가지는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 가이드 부재는 2 개의 가이드들로 이루어져 있으며, 유입 덕트의 하단면을 기준으로 가장 큰 길이의 제 1 가이드는 유입 덕트 수직 높이(T)의 2/3에 해당하는 지점에서 상하 -10 내지 10% 범위 내에 위치하고, 제 2 가이드는 유입 덕트 수직 높이(T)의 2/3에 해당하는 지점에서 상하 -10 내지 10% 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 전지셀 적층방향에 대응하는 길이가 전지셀의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길고, 상기 덕트들은 전지셀 의 적층방향에 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 배출구로 이동할 수 있도록 흡입 팬이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 따른 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 중대형 전지팩.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지모듈은 충방전이 가능한 다수의 판상형 전지셀들로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.

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