KR20110080537A - 냉각 효율성이 향상된 중대형 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 팩 케이스와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 중대형 전지팩으로서, 상기 단위 셀들의 외면에 접하는 방열핀, 및 상기 방열핀의 하단에 연결되어 있고 냉매의 유동을 위한 냉매 도관으로 이루어진 냉각부재가 단위 셀 계면에 장착되어 있으며, 상기 전지모듈의 하단에 위치하는 상기 베이스 플레이트는 상기 냉매 도관의 유동방향과 대응하는 냉매유로를 형성하는 구조로 이루어져 있고, 상기 팩 케이스는 상기 베이스 플레이트 상에 전지모듈이 탑재된 상태로 베이스 플레이트와 결합되어 있으며, 상기 단위 셀들로부터 발생한 열을 제거하기 위한 냉매는 상기 베이스 플레이트의 냉매유로의 일측으로부터 유입되어 단위 셀들 사이에 개재된 냉각부재의 냉매 도관을 관통한 후 타측으로 배출되는 구조로 이루어진 중대형 전지팩을 제공한다.

Description

냉각 효율성이 향상된 중대형 전지팩 {Middle or Large-sized Battery Pack of Improved Cooling Efficiency}
본 발명은 냉각 효율성이 향상된 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충방전이 가능한 단위 셀 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 팩 케이스와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 중대형 전지팩으로서, 상기 단위 셀들의 외면에 접하는 방열핀, 및 상기 방열핀의 하단에 연결되어 있고 냉매의 유동을 위한 냉매 도관으로 이루어진 냉각부재가 단위 셀 계면에 장착되어 있으며, 상기 전지모듈의 하단에 위치하는 상기 베이스 플레이트는 상기 냉매 도관의 유동방향과 대응하는 냉매유로를 형성하는 구조로 이루어져 있고, 상기 팩 케이스는 상기 베이스 플레이트 상에 전지모듈이 탑재된 상태로 베이스 플레이트와 결합되어 있는 중대형 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 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.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 중대형 전지모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 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. 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 내장하여 단위모듈을 구성하고 이러한 단위모듈들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지팩의 전체 크기가 커지는 문제점이 있다.
특히, 상기 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 다수의 냉매 유로가 채널 구조로 상기 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되므로, 그 설계가 매우 복잡할 뿐만 아니라, 냉각 구조의 구성시 전지팩의 특정 부위에 냉각 부재가 장착될 경우, 전지팩의 전체 크기가 커지게 된다.
또한, 공냉식 냉각 시스템인 경우, 전지팩의 크기를 고려하여, 많은 전지셀들 또는 전지모듈들을 적층할수록 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로들을 형성하게 되는데, 이로 인해 냉각 구조의 설계가 복잡해지는 문제점이 발생한다. 즉, 냉매의 유입구 대비 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로는 높은 압력 손실을 유발하게 되어, 냉매의 유입구 및 배출구의 형태와 위치 등을 설계하는데 많은 어려움이 따른다. 또한, 이러한 압력 손실을 방지하기 위하여 팬이 추가적으로 설치되기도 하므로, 전력 소모와 팬 소음, 공간 등과 같이 설계상의 제약이 따를 수 있다.
더욱이, 공냉식 냉각 시스템의 경우, 냉매 유로들을 전지팩의 상부 및 하부에 각각 형성하여 냉매 유입부와 냉매 배출부를 구성하고 냉매 유입부로부터 냉매를 유입하여 전지모듈들 각각을 냉각시키고 냉매 배출부로 냉매를 배출시키는 구조이므로, 전지팩의 크기가 전체적으로 커지는 문제점이 있다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간단하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 냉각효율성과 안전성이 우수한 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 냉매와의 접촉 면적을 최대화하는 형상의 냉매 도관이 냉각 핀의 하부에 일체로 형성됨으로써, 냉각효율성을 극대화할 수 있는 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 냉매 유로가 전지팩의 특정 부위에 위치함으로써 전지팩 전체의 크기 증가를 억제할 수 있는 콤팩트한 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중대형 전지팩은, 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 팩 케이스와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 중대형 전지팩으로서,
상기 단위 셀들의 외면에 접하는 방열핀, 및 상기 방열핀의 하단에 연결되어 있고 냉매의 유동을 위한 냉매 도관으로 이루어진 냉각부재가 단위 셀 계면에 장착되어 있으며,
상기 전지모듈의 하단에 위치하는 상기 베이스 플레이트는 상기 냉매 도관의 유동방향과 대응하는 냉매유로를 형성하는 구조로 이루어져 있고,
상기 팩 케이스는 상기 베이스 플레이트 상에 전지모듈이 탑재된 상태로 베이스 플레이트와 결합되어 있으며,
상기 단위 셀들로부터 발생한 열을 제거하기 위한 냉매는 상기 베이스 플레이트의 냉매유로의 일측으로부터 유입되어 단위 셀들 사이에 개재된 냉각부재의 냉매 도관을 관통한 후 타측으로 배출되는 구조로 구성될 수 있다.
따라서, 팩 케이스의 일측으로부터 유입된 냉매는 단위 셀들의 사이에 개재된 냉각부재의 냉매 도관을 관통하여 타측으로 배출되는 구조로 구성함으로써, 전지팩 내부의 단위 셀 계면에 장착되어 있는 방열핀을 경유하여 각각의 전지셀을 냉각시킬 수 있고, 별도의 열전도 부재를 사용하지 않고도 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
또한, 냉매 유로가 전지모듈의 하단에만 위치하고 있으므로, 냉매 유로가 전지모듈의 상단 및 하단에 각각 위치하고 있는 종래의 냉각 시스템을 적용한 전지팩과 비교하여 보다 콤팩트한 중대형 전지팩을 구성할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 중대형 전지팩은 냉각부재의 냉매 도관이 방열핀의 하단에 위치함으로써, 누수가 발생할 경우에도 수분에 의한 전지셀의 손상을 최소화할 수 있으므로, 공냉식 뿐만 아니라 수냉식 냉각 시스템에도 적용될 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 전지셀이 바람직하다. 이러한 판상형 전지셀의 바람직한 예로는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전지 수납부에 내장되어 있고, 수지층 및 금속층을 포함하는 파우치형 케이스가 열융착에 의해 밀봉되어 외주면에 실링부를 형성하고 있는 이차전지를 들 수 있으며, 이러한 구조의 이차전지를 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.
한편, 상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 직렬로 상호 연결되어 있는 구조로서, 상기 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 셀 커버를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 냉각부재는 앞서 정의한 바와 같은 특정한 구조의 방열핀과 냉매 도관으로 이루어져 있으며, 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있도록, 바람직하게는, 방열핀과 냉매 도관이 일체형으로 이루어진 구조일 수 있다.
이와 같이, 냉매가 유동하는 냉매 도관을 방열핀과 일체화함으로써, 방열핀과 냉매 도관 사이의 열전도 저항이 발생하는 것을 근본적으로 방지하고 이는 전지모듈들을 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 냉각부재의 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 중공 구조로서 수직 단면상으로 다각형 구조, 또는 타원형 구조, 또는 원형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조의 하나의 예로서, 상기 냉각부재의 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 사각형 중공 구조로 이루어져 있어서, 방열핀이 개재된 상태에서 상호 접해있는 단위 셀들 사이에서 냉매 도관이 위치할 수 있는 공간을 최대한 활용하여 냉매와의 접촉면적을 극대화시킬 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 중공 구조의 내면에는 냉매 도관과 냉매의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 냉매의 진행 방향을 따라 둘 이상의 돌기가 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 돌기 구조에 의해 보다 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 냉매 도관은 판재가 수직단면상 중공 구조를 형성할 수 있도록 절곡된 구조로 이루어져 있고, 상기 절곡된 단부가 방열핀에 결합되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 절곡된 단부와 방열핀의 결합은 다양한 결합 방식에 의해 달성될 수 있으며, 예를 들어, 용접에 의해 상호간의 결합을 이룸으로써 전반적인 결합력을 더욱 견고하게 할 수 있다.
상기 냉각부재는 냉각 효율을 향상시키기 위해 열전도성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 높은 열전도성을 가진 금속 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전지모듈의 하단에 위치하는 베이스 플레이트는, 예를 들어, 전체적으로 U형으로 이루어져 있고 양단부에 상향 돌출부가 형성되어 있어서, 다수의 전지모듈들로 중대형 전지팩을 구성시 구조적 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 구조의 하나의 예로서, 상향 돌출부의 높이는 상기 냉각부재의 냉매 도관이 안착될 수 있도록 바람직하게는 냉매 도관의 높이와 동일한 크기일 수 있다. 구체적으로, 상향 돌출부의 높이가 냉매 도관의 높이보다 낮은 경우, 냉매 도관 측면의 일부가 외부로 노출되어 최외각 전지모듈과 상향 돌출부가 접하게 되어 전지팩의 부피가 커지게 되고, 반대로 상향 돌출부의 높이가 냉매 도관의 높이보다 높은 경우, 베이스 플레이트에 의해 형성되는 공간의 활용도를 최대하지 못하여 그만큼 냉각 효율성이 떨어질 수 있으므로, 바람직하지 않다.
상기와 같은 구조에서, 베이스 플레이트의 상향 돌출부와 단위 셀들의 하단부에 의해 제공되는 공간에 냉매유로가 형성된다.
따라서, 상기 베이스 플레이트 상에 단위 셀들을 장착하는 것만으로도 냉매 도관의 유동방향과 대응하는 냉매유로가 형성되므로, 냉매 유입이 보다 효율적으로 이루어지게 되어, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 구조의 전지팩을 제조할 수 있다.
한편, 상기 냉매는 냉매 도관에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 냉매이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 공기 또는 물일 수 있으며, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물이 더욱 바람직하다.
상기 중대형 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지모듈들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 등의 전원에 바람직하게 사용될 수 있다.
특히, 장시간에 걸쳐 전지팩을 통한 높은 출력과 높은 방열 특성이 요구되는 전기자동차와 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 다수의 전지셀들이 모듈 케이스에 내장되어 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되어 있는 전지모듈을 제공한다.
상기 전지모듈은, 구체적으로, 전지셀들 사이의 계면 중 적어도 하나 이상의 계면에는 냉각부재가 개재되어 있고,
상기 냉각부재는 전지셀의 외면에 접하는 방열핀; 상기 방열핀의 일측 단부에 일체로 형성되어 있고, 냉매가 유동하는 냉매 도관을 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
따라서, 냉매 도관 내부에 유동되는 냉매가 냉매 도관의 일측 단부에 일체로 형성된 방열핀을 경유하여 열손실 없이 각각의 전지셀들을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 구조에서, 냉매 도관은 전지모듈의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽에만 형성되어 있어서, 전지모듈의 부피를 전체적으로 최소화할 수 있으므로 보다 콤팩트하면서도 냉각 효율이 우수한 전지모듈을 제조할 수 있다.
경우에 따라서는, 전지모듈의 안전성을 향상시키기 위해 전지모듈의 작동을 제어하는 케이블을 연결할 수 있도록, 상기 전지모듈의 외면에 커넥터가 장착되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 전지셀들 사이의 계면에 접촉방식으로 장착되는 냉각부재를 제공한다.
구체적으로, 상기 냉각부재는, 구체적으로, 전지셀의 외면에 접하는 판상형의 방열핀; 및 상기 방열핀의 일측 단부에 연결되어 있고, 냉매가 유동할 수 있는 중공 구조를 가진 냉매 도관; 을 포함하고 있으며,
상기 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 중공 구조로서 수직 단면상으로 다각형 구조, 또는 타원형 구조, 또는 원형 구조이고, 상기 중공 구조의 내면에는 냉매 도관과 냉매의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 냉매의 진행 방향을 따라 둘 이상의 돌기가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 이러한 특정 구조의 냉각부재는 그 자체로 신규한 구조이며, 냉매 도관의 돌기와 방열핀에 의해 전지셀들의 냉각 효율을 크게 향상시키고, 보다 콤팩트한 전지모듈 또는 전지팩을 구성하기 위한 부품으로 사용될 수 있으므로, 매우 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은 냉매와의 접촉 면적을 최대화하는 형상의 냉매 도관이 냉각 핀의 하부에 일체로 형성되어 있어서, 전지팩의 냉각 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 냉매 유로가 전지팩의 특정 부위에 위치함으로써 중대형 전지팩의 크기 증가를 최소화할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 A 방향에 따른 중대형 전지팩의 수직 단면 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈의 사시도이다;
도 4는 도 3의 B 방향에 따른 전지모듈의 수직 단면 모식도이다;
도 5는 도 3의 냉각부재의 정면도 및 부분 확대도이다;
도 6은 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 전지모듈에서 냉각부재를 제외한 하나의 예시적인 전지모듈의 사시도이다.
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 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 A 방향에 따른 중대형 전지팩의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 중대형 전지팩(500)은, 충방전이 가능한 단위모듈들(20) 4개로 이루어진 전지모듈들(100), 5개의 전지모듈들(100)을 내장하고 있는 팩 케이스(510)와 베이스 플레이트(520), 단위모듈들(20)의 계면에 장착되어 있는 냉각부재(110)로 구성되어 있다.
냉각부재들(110)은 단위모듈들(20)의 외면에 접하는 방열핀(111), 및 방열핀(111)의 하단에 연결되어 있고 냉매의 유동을 위한 냉매 도관(112)을 포함하고 있다.
베이스 플레이트(520)는 전지모듈(100)의 하부에 위치하고, 정면에서 보았을 때 전체적으로 U자 형으로 이루어져 있으며, 양 단부에는 한 쌍의 상향 돌출부들(530)이 형성되어 있다.
따라서, 베이스 플레이트(520)의 상향 돌출부(530)와 단위모듈들(20)의 하단부에 의해 형성된 공간에 냉매 도관(112)의 유동방향과 대응하는 냉매 유로(540)가 형성된다.
베이스 플레이트(520)에서 상향 돌출부(530)의 높이(H)는 냉매 도관(112)의 높이와 동일한 크기로 형성되어 있어서, 냉매 도관(112)을 베이스 플레이트(520) 상에 안정적으로 장착할 수 있고 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
더욱이, 상기와 같이 상향 돌출부(530)의 높이(H)가 냉매 도관(112)의 높이와 동일한 구조와 함께, 냉매 도관(112)이 사각형 중공 구조로 이루어져 있어서, 방열핀(111)이 개재된 상태에서 상호 접해있는 전지모듈들(100) 사이에서 냉매 도관(112)이 위치할 수 있는 공간을 최대한 활용하여 냉매와의 접촉면적을 극대화시킬 수 있다.
팩 케이스(510)는 베이스 플레이트(520) 상에 전지모듈(100)이 탑재된 상태로 베이스 플레이트(520)와 결합되어 있고, 단위모듈들(20)로부터 발생한 열을 제거하기 위한 냉매는 베이스 플레이트(520)의 냉매 유로(540)의 일측으로부터 화살표 방향으로 유입되어 단위모듈들(20) 사이에 개재된 냉각부재(110)의 냉매 도관(112)을 관통한 후 타측으로 배출되는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 도 1의 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 B 방향에 따른 전지모듈의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(100)은, 4개의 단위모듈들(20)이 내장되어 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되어 있는 모듈 케이스(150), 단위 모듈들(20) 사이의 계면에 개재되어 있는 냉각부재(110), 전지모듈(100)의 외면에 장착되어 있는 커넥터(160)로 구성되어 있다.
냉각부재(110)는 단위모듈들(20)의 외면에 접하는 방열핀(111), 방열핀(111)의 일측 단부에 일체로 형성되어 있고 냉매가 유동하는 냉매 도관(112)을 포함하고 있다.
또한, 냉각부재(110)는 전지모듈(100)의 하부에만 위치하고 있어서, 전지모듈(100)은 전체적으로 콤팩트한 구조를 제공한다.
도 5에는 도 3의 냉각부재의 정면도 및 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 도 1과 함께 참조하면, 냉각부재(110)는 금속 소재의 판상형 방열핀(111), 및 방열핀(111)의 하측 단부에 연결되어 있고 냉매가 유동할 수 있는 중공 구조를 가진 냉매 도관(112)으로 구성되어 있다.
냉매 도관(112)은 방열핀(111)과 일체로 형성되어 있는 구조일 수도 있고, 수직단면상 사각형 중공 구조를 이루도록 판재가 절곡되어 형성되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 냉매 도관(112)의 중공 구조 내면에는 냉매 도관(112)과 냉매의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 냉매의 진행 방향을 따라 4개의 돌기들(113)이 좌우 대칭형으로 형성되어 있다. 이러한 돌기들(113)의 크기는 냉매의 이동을 방해하지 않는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 냉매 도관(112)의 중공 폭을 기준으로 20% 내지 90%일 수 있다.
냉매 도관(112)을 통해 냉매는 단위모듈들(20)의 계면에 장착되어 있는 방열핀(111)으로 전도된 열을 효과적으로 제거함으로써 결과적으로 각각의 단위모듈들(20)을 냉각시키므로 높은 냉각 효율성을 제공할 뿐만 아니라, 이러한 우수한 냉각 효율성에도 불구하고 콤팩트한 구조의 전지팩(500)을 구성할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 단위모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 판상형 전지셀(10)은 두 개의 전극리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14b)과 상단부(14a) 및 하단부(14c)를 부착시킴으로써 전지셀(10)이 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14b)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14a)와 하단부(14c)에는 전극리드(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극리드(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.
도 7에는 본 발명의 전지모듈에서 냉각부재를 제외한 하나의 예시적인 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전지모듈(200)은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들(220) 2개로 구성된 단위모듈들(208) 4개로 이루어져 있다.
단위모듈(208)은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 전극단자들의 연결부(204)가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2개의 전지셀들(220), 및 전지셀들(220)의 전극단자 부위를 제외하고 전지모듈(200)의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버(210)로 구성되어 있다.

Claims (20)

  1. 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 팩 케이스와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 중대형 전지팩으로서,
    상기 단위 셀들의 외면에 접하는 방열핀, 및 상기 방열핀의 하단에 연결되어 있고 냉매의 유동을 위한 냉매 도관으로 이루어진 냉각부재가 단위 셀 계면에 장착되어 있으며,
    상기 전지모듈의 하단에 위치하는 상기 베이스 플레이트는 상기 냉매 도관의 유동방향과 대응하는 냉매유로를 형성하는 구조로 이루어져 있고,
    상기 팩 케이스는 상기 베이스 플레이트 상에 전지모듈이 탑재된 상태로 베이스 플레이트와 결합되어 있으며,
    상기 단위 셀들로부터 발생한 열을 제거하기 위한 냉매는 상기 베이스 플레이트의 냉매유로의 일측으로부터 유입되어 단위 셀들 사이에 개재된 냉각부재의 냉매 도관을 관통한 후 타측으로 배출되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 셀 커버를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 방열핀과 냉매 도관이 일체형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재의 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 중공 구조로서 수직 단면상으로 다각형 구조, 또는 타원형 구조, 또는 원형 구조인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉각부재의 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 사각형 중공 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 중공 구조의 내면에는 냉매 도관과 냉매의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 냉매의 진행 방향을 따라 둘 이상의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 냉매 도관은 판재가 수직 단면상으로 중공 구조를 형성할 수 있도록 절곡된 구조로 이루어져 있고, 상기 절곡된 단부가 방열핀에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 높은 열전도성의 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 전체적으로 U형으로 이루어져 있고 양단부에 상향 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 상향 돌출부의 높이는 상기 냉각부재의 냉매 도관이 안착될 수 있도록 냉매 도관의 높이와 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 상향 돌출부와 상기 단위 셀들의 하단부에 의해 제공되는 공간에 냉매유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
  17. 다수의 전지셀들이 모듈 케이스에 내장되어 측면방향으로 상호 인접하도록 배열되어 있는 전지모듈로서,
    상기 전지셀들 사이의 계면 중 적어도 하나 이상의 계면에는 냉각부재가 개재되어 있고,
    상기 냉각부재는 전지셀의 외면에 접하는 방열핀; 상기 방열핀의 일측 단부에 일체로 형성되어 있고, 냉매가 유동하는 냉매 도관을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 냉매 도관이 전지모듈의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 전지모듈의 외면에 커넥터가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 전지셀들 사이의 계면에 접촉방식으로 장착되는 냉각부재로서,
    전지셀의 외면에 접하는 판상형의 방열핀; 및 상기 방열핀의 일측 단부에 연결되어 있고, 냉매가 유동할 수 있는 중공 구조를 가진 냉매 도관;
    을 포함하고 있으며,
    상기 냉매 도관은 냉매가 내부를 관통하는 중공 구조로서 수직 단면상으로 다각형 구조, 또는 타원형 구조, 또는 원형 구조이고,
    상기 중공 구조의 내면에는 냉매 도관과 냉매의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 냉매의 진행 방향을 따라 둘 이상의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
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