KR20120017613A - Battery module assembly having improved cooling efficiency and battery pack comprising the same - Google Patents

Battery module assembly having improved cooling efficiency and battery pack comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20120017613A
KR20120017613A KR1020100080318A KR20100080318A KR20120017613A KR 20120017613 A KR20120017613 A KR 20120017613A KR 1020100080318 A KR1020100080318 A KR 1020100080318A KR 20100080318 A KR20100080318 A KR 20100080318A KR 20120017613 A KR20120017613 A KR 20120017613A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery module
battery
coolant
refrigerant
modules
Prior art date
Application number
KR1020100080318A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101397456B1 (en
Inventor
최지영
강달모
정재호
윤종문
임예훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020100080318A priority Critical patent/KR101397456B1/en
Publication of KR20120017613A publication Critical patent/KR20120017613A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101397456B1 publication Critical patent/KR101397456B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561Gases
    • H01M10/6566Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92Hybrid vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/10Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

PURPOSE: A battery module assembly is provided to improve cooling efficiency by reducing the deviation between battery cells in relative to the existing structure of refrigerant path, thereby maximizing life time and power. CONSTITUTION: A battery module assembly comprises two or more battery modules electrically connecting battery cells and unit modules. The battery modules are arranged to the structure a coolant is continuously progressed to a coolant flow channel of a second battery module near a first battery module, through the coolant flow channel of first battery module for connecting coolant flow channel(50) from each battery module. The cross sectional area of the coolant flow channel in the second battery module(S2) is smaller than the cross sectional area of the coolant flow channel in the first battery module(S1) on the basis of the progressive direction of the coolant, so that the flow of the coolant passing the coolant flow channel of the second coolant(V2) is faster than the flow of the coolant passing the coolant flow channel of the first coolant(V1).

Description

냉각성능이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same}Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same}

본 발명은 냉각성능이 향상된 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들(“단위셀들”)이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈을 둘 또는 그 이상의 개수로 포함하고 있고, 상기 전지모듈들은, 각각의 전지모듈들에서 냉매 유로가 연통되도록, 냉매가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 거쳐 상기 제 1 전지모듈에 인접한 제 2 전지모듈의 냉매 유로로 연속적으로 진행되는 구조로 배열되어 있으며, 제 2 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V2)가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V1)보다 크도록, 냉매의 진행방향을 기준으로 제 2 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S2)는 제 1 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S1)보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module assembly having improved cooling performance and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module in which a plurality of battery cells or unit modules (“unit cells”) are electrically connected. It includes two or more, wherein the battery module, the refrigerant flows through the refrigerant passage of the first battery module, so that the refrigerant flow path in each of the battery modules of the second battery module adjacent to the first battery module It is arranged in a structure that proceeds continuously to the refrigerant passage, so that the flow rate (V2) of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the second battery module is greater than the flow rate (V1) of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the first battery module, The vertical cross-sectional area S2 of the refrigerant passage in the second battery module is smaller than the vertical cross-sectional area S1 of the refrigerant passage in the first battery module based on the traveling direction of the refrigerant. Relates to a battery pack including a battery module assembly, and this.

최근, 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.Recently, secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .

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.In a small mobile device, one or two or more battery cells are used per device, while a middle- or large-sized battery module such as an automobile is used as a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected due to the necessity of a large-

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.Since the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight, the rectangular battery, the pouch-type battery, etc., which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.

중대형 전지모듈을 구성하는 단위셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 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 전지모듈 내지 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 단위셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.Since the unit cells constituting the medium-large battery module are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat during the charging and discharging process. If not removed, thermal accumulation occurs and consequently accelerates the deterioration of the unit cell, and in some cases there is also a risk of fire or explosion. Therefore, a high output large capacity battery module or battery pack requires a cooling system for cooling the unit cells embedded therein.

중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 단위셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 단위셀들을 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 형성하고 상기 단위모듈들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다.A battery module mounted on a medium-large battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of unit cells with high density, and stacking adjacent unit cells at regular intervals so as to remove heat generated during charging and discharging. For example, the battery cells themselves are sequentially stacked while being spaced at predetermined intervals without a separate member, or in the case of battery cells having low mechanical rigidity, one or more combinations are built in a cartridge or the like to form a unit module and the unit A plurality of modules can be stacked to form a battery module.

적층된 단위셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 단위셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.The flow path of the refrigerant is formed between the unit cells or the battery modules so as to effectively remove heat accumulated between the stacked unit cells or the battery modules.

한편, 다수의 단위셀들로 구성된 중대형 전지팩에서, 일부 단위셀의 성능 저하는 전체 전지팩의 성능 저하를 초래하게 된다. 이러한 성능 불균일성을 유발하는 주요 원인 중의 하나는 단위셀들 간의 냉각 불균일성에 의한 것이므로, 냉매의 유동시 냉각 균일성을 확보할 수 있는 구조가 요구된다.On the other hand, in the medium-large battery pack composed of a plurality of unit cells, the performance degradation of some unit cells will cause the performance of the entire battery pack. Since one of the main causes of such a performance non-uniformity is due to cooling non-uniformity between unit cells, a structure capable of securing cooling uniformity during the flow of the refrigerant is required.

도 1에는 전지모듈 어셈블리가 도시되어 있고, A 부분에는 전지모듈의 내부에 단위모듈들이 적층된 상태가 모식적으로 도시되어 있다. 1 illustrates a battery module assembly, and a portion A schematically illustrates a state in which unit modules are stacked in the battery module.

도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 단위모듈들(30) 다수 개가 측면방향으로 적층되어 전기적으로 연결되어 있는 단위모듈 적층체(32)와, 이러한 단위모듈 적층체(32)가 장착되는 모듈 케이스(70), 냉매가 외부에서 전지모듈(100) 내부로 유입되는 냉매 유입구(10), 및 단위모듈 적층체(32)로부터 냉매가 배출되는 냉매 배출구(도시하지 않음)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the battery module 100 includes a unit module stack 32 in which a plurality of unit modules 30 are stacked in a lateral direction and electrically connected thereto, and the unit module stack 32 is mounted. The module case 70, a refrigerant inlet 10 through which the refrigerant flows into the battery module 100 from the outside, and a refrigerant discharge port (not shown) through which the refrigerant is discharged from the unit module stack 32.

냉매 유입구(10)로부터 유입된 냉매는 단위모듈들(30) 사이에 형성된 유로(50)를 통과하면서 단위모듈들(30)에서 발생한 열을 냉각시키고 냉매 배출구를 통해 외부로 배출된다. 한편, 전지모듈(100)들은 폭방향(W)과 높이방향(H)으로 각각 2개씩 적층되어 전지모듈 어셈블리(200)를 형성하고 있다.The coolant flowing from the coolant inlet 10 passes through the flow path 50 formed between the unit modules 30, cools the heat generated in the unit modules 30, and is discharged to the outside through the coolant discharge port. Meanwhile, two battery modules 100 are stacked in the width direction W and the height direction H, respectively, to form the battery module assembly 200.

종래기술에 따른 중대형 전지팩에서는 전지모듈들을 연속적으로 적층하여 직선형의 냉매 유로를 형성하고 있으므로, 냉매가 전지모듈들을 통과하면서 점차 온도가 상승하게 되어, 냉매의 유동 방향을 기준으로 최종 전지모듈의 온도가 최초 전지모듈의 온도보다 단위셀들 간에 온도편차를 유발하는 문제점이 있다.In the medium-large battery pack according to the prior art, since the battery modules are continuously stacked to form a linear coolant flow path, the coolant gradually increases in temperature while passing through the battery modules, and thus the temperature of the final battery module based on the flow direction of the coolant. There is a problem that causes a temperature deviation between the unit cells than the temperature of the first battery module.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유량, 유속을 균일하게 하는 방안을 고려할 수는 있으나, 본 출원의 발명자들이 확인한 바로는, 그러한 시도에도 불구하고 온도편차가 감소하지 않는다. 이는 적층 구조로 인해 냉매가 통과하는 유로의 길이가 증가하기 때문이다. In order to solve this problem, it is possible to consider a method of uniformizing the flow rate and the flow rate of the refrigerant passing through the refrigerant passage, but, as confirmed by the inventors of the present application, the temperature deviation does not decrease despite such an attempt. This is because the length of the flow path through which the refrigerant passes increases due to the laminated structure.

따라서, 전지모듈들의 적층 구조를 유지하면서도, 상기 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology capable of fundamentally solving the above problems while maintaining a laminated structure of battery modules.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 냉매 유로에 대한 다양한 실험들과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 다수의 전지모듈들이 적층된 전지모듈 어셈블리에서 냉매 유로의 길이를 동일하게 유지하면서 냉매 유로 내에서 하층으로 갈수록 유속이 점차 증가하도록 한 결과, 상층과 하층의 단위셀들 간의 온도편차가 감소됨을 확인하고, 이를 바탕으로 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After various experiments and in-depth studies on the refrigerant passage, the inventors of the present application maintain the same length of the refrigerant passage in a battery module assembly in which a plurality of battery modules are stacked, while the flow velocity is gradually lowered in the refrigerant passage. As a result of increasing gradually, it was confirmed that the temperature deviation between the unit cells of the upper layer and the lower layer was reduced, and thus, the present invention was completed.

따라서, 본 발명의 전지모듈 어셈블리는 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들( “단위셀들”)이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈을 둘 또는 그 이상의 개수로 포함하고 있고, Accordingly, the battery module assembly of the present invention includes a plurality of battery cells or two or more battery modules in which unit modules (“unit cells”) are electrically connected.

상기 전지모듈들은, 각각의 전지모듈들에서 냉매 유로가 연통되도록, 냉매가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 거쳐 상기 제 1 전지모듈에 인접한 제 2 전지모듈의 냉매 유로로 연속적으로 진행되는 구조로 배열되어 있으며,The battery modules are arranged in a structure in which the refrigerant flows continuously through the refrigerant passage of the first battery module to the refrigerant passage of the second battery module adjacent to the first battery module so that the refrigerant passage is in communication with each of the battery modules. It is

제 2 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V2)가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V1)보다 크도록, 냉매의 진행방향을 기준으로 제 2 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S2)가 제 1 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S1)보다 작게 형성되어 있는 구조를 갖는다. The refrigerant in the second battery module based on the direction in which the refrigerant flows so that the flow rate V2 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the second battery module is greater than the flow rate V1 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the first battery module. The vertical cross-sectional area S2 of the flow path is smaller than the vertical cross-sectional area S1 of the refrigerant path in the first battery module.

즉, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는, 냉매 유로의 전체길이는 유지하면서 유로의 형상만을 변경함으로써, 냉매가 전지모듈들을 순차적으로 통과하면서 더 빠른 유속을 가지게 되어, 종래의 직선형의 냉매 유로의 구조에 비하여 전지모듈들 간의 온도 편차, 궁극적으로는, 전지모듈들의 전지셀들 간의 온도편차를 줄일 수 있어, 냉각 효율성을 향상시키고 이를 통해 수명 및 출력을 극대화할 수 있다. That is, the battery module assembly according to the present invention, by changing only the shape of the flow path while maintaining the overall length of the coolant flow path, the coolant has a faster flow rate while sequentially passing through the battery module, the structure of a conventional straight coolant flow path Compared to the temperature variation between the battery modules, and ultimately, the temperature difference between the battery cells of the battery modules can be reduced, thereby improving the cooling efficiency and thereby maximizing the life and output power.

본 출원에서 전지모듈 어셈블리가 상기 제 1 전지모듈과 제 2 전지모듈로 구성된 2단의 적층 구조만으로 한정하는 것은 아니다. 따라서, 전지모듈 어셈블리가 n개의 전지모듈들을 포함하고 있고 상기 전지모듈들이 냉매 유로가 연통되도록 연속 배열되어 있을 때, 냉매의 진행방향을 기준으로 첫번째 전지모듈로부터 n번째 전지모듈까지 냉매 유로의 수직 단면적이 순차적으로 작아지는 구조를 가질 수 있다.In the present application, the battery module assembly is not limited to the two-layer stack structure consisting of the first battery module and the second battery module. Therefore, when the battery module assembly includes n battery modules and the battery modules are continuously arranged to communicate with the coolant flow path, the vertical cross-sectional area of the coolant flow path from the first battery module to the nth battery module in the direction of the coolant flow is determined. This may have a structure that gradually decreases.

한편, 제 1 전지모듈의 수직단면적(S1)이 제 2 전지모듈의 수직단면적(S2)보다 크면 클수록 온도편차 감소의 정도는 더욱 증가하게 된다.On the other hand, the greater the vertical cross-sectional area (S1) of the first battery module than the vertical cross-sectional area (S2) of the second battery module, the degree of temperature deviation reduction is further increased.

이는 제 1 전지모듈의 수직단면적(S1)을 지나는 유체의 속력(V1)보다 제 2 전지모듈의 수직단면적(S2)를 지나는 유체의 속력(V2)가 더욱 증가하기 때문이다. 냉각 효율성과 전지모듈 어셈블리의 디멘션 등을 전반적으로 고려할 때, 제 2 전지모듈의 수직 단면적(S2)은 제 1 전지모듈의 수직 단면적(S1)의 30 내지 50% 크기인 것이 바람직하다. This is because the speed V2 of the fluid passing through the vertical cross-sectional area S2 of the second battery module increases more than the speed V1 of the fluid passing through the vertical cross-sectional area S1 of the first battery module. In consideration of the cooling efficiency and the dimensions of the battery module assembly as a whole, the vertical cross-sectional area S2 of the second battery module is preferably 30 to 50% of the vertical cross-sectional area S1 of the first battery module.

구체적으로, 제 2 전지모듈의 수직 단면적(S2)이 제 1 전지모듈의 수직 단면적(S1)을 기준으로 50% 초과의 단면적을 갖는 경우에는 본 발명에서 목적하는 냉각에 따른 온도 균일성을 달성하기 어려울 수 있고, 반대로 30%미만의 크기를 가지는 경우에는 전지모듈 어셈블리의 설계에 어려움이 크므로 바람직하지 않다.Specifically, when the vertical cross-sectional area (S2) of the second battery module has a cross-sectional area of more than 50% based on the vertical cross-sectional area (S1) of the first battery module to achieve the temperature uniformity according to the cooling desired in the present invention. It may be difficult, on the contrary, if the size is less than 30%, it is not preferable because the design of the battery module assembly is difficult.

제 2 전지모듈의 열 전달계수(h2)가 제 1 전지모듈의 열 전달계수(h1)보다 커짐은 하기 식 2에서 확인할 수 있다. It can be seen in Equation 2 that the heat transfer coefficient h2 of the second battery module is greater than the heat transfer coefficient h1 of the first battery module.

Figure pat00001
(1)
Figure pat00001
(One)

여기서, k, L, , V, , C 는 각각 유체의 열전도 계수, 고체의 대표길이, 유체의 밀도, 유체의 접근속도, 유체의 점성계수, 유체의 비열이다. 또한, 상기의 세가지 무차원수를 각각 누셀트 수(Nusselt number; Nu L = hL/k), 레이놀즈 수(Reynolds number; Re L = VL/), 플란틀 수(Prandtl number; Pr = C p /k)로 정의할 수 있다. 따라서, 상기 식 1은 하기 식 2와 같이 나타낼 수 있다.Where k, L, V, and C are the thermal conductivity coefficient of the fluid, the representative length of the solid, the density of the fluid, the approaching speed of the fluid, the viscosity of the fluid, and the specific heat of the fluid, respectively. In addition, the three dimensionless numbers, respectively, are Nusselt number ( Nu L = hL / k ), Reynolds number (Re L = VL / ), and Plantl number (Pr = C p / k). Can be defined as Therefore, Equation 1 may be expressed as Equation 2 below.

Figure pat00002
(2)
Figure pat00002
(2)

냉매의 유동과 같은 강제대류에서 열 전달계수는 Nu L 로 표현되므로, Nu L = hL/k의 식을 통해 열 전달계수를 구할 수 있고, 상기 식 1에서 냉매의 유속(V)은 Nu L 비례함을 알 수 있으므로, 제 2 전지모듈의 열 전달계수(h2)는 제 1 전지모듈의 열 전달계수(h1)보다 커진다. Since heat transfer coefficient is represented by Nu L in forced convection, such as the flow of the coolant, Nu L = through the expression of hL / k can be obtained a heat transfer coefficient, the flow rate (V) of the refrigerant in the formula 1 is a Nu L Is proportional to The heat transfer coefficient h2 of the second battery module is greater than the heat transfer coefficient h1 of the first battery module.

본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리에 장착되는 전지모듈은 다수의 단위셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전 시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 단위셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다.The battery module mounted on the battery module assembly according to the present invention is manufactured by stacking a plurality of unit cells with high density, and stacks adjacent unit cells at regular intervals so as to remove heat generated during charging and discharging. .

다수의 단위모듈들을 적층하여 전지모듈을 구성하는 경우에는, 적층된 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 단위모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.When a plurality of unit modules are stacked to form a battery module, a coolant flow path is formed between the unit modules so as to effectively remove heat accumulated between the stacked battery cells.

하나의 바람직한 예에서, 제 1 전지모듈의 단위셀 배열 간격(d1)은 제 2 전지모듈의 단위셀 배열 간격(d2)보다 크게 형성된 구조일 수 있다. 이러한 구조는, 전지모듈들의 높이가 동일한 경우에 전지모듈들의 수직 단면적들이 앞서 정의한 조건을 만족한다. 따라서, 적층된 전지모듈들 간에 형성된 냉매 유로의 형상이 냉매의 진행방향으로 점차 좁아지는 것 뿐만 아니라 전지모듈 내부에 장착된 단위셀들 간에도 냉매 유로가 냉매의 진행방향으로 점차 좁아지게 하여, 냉매를 단위셀들과 더욱 많이 접촉시킴으로써 냉각 효율성을 더욱 향상시키고 냉매 유로 내의 냉각 효율성을 균등하게 할 수 있다. In one preferred example, the unit cell arrangement interval d1 of the first battery module may have a structure larger than the unit cell arrangement interval d2 of the second battery module. Such a structure satisfies the condition defined above for the vertical cross-sectional areas of the battery modules when the heights of the battery modules are the same. Therefore, not only the shape of the coolant flow path formed between the stacked battery modules is gradually narrowed in the direction of travel of the coolant, but also the coolant flow path gradually narrows in the travel direction of the coolant between the unit cells mounted inside the battery module, thereby reducing the coolant. More contact with the unit cells can further improve the cooling efficiency and equalize the cooling efficiency in the refrigerant passage.

또한, 전지모듈 어셈블리에서 전지모듈들은 냉매의 진행방향에 대해 수직 방향으로도 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 배열되어 있는 구조일 수 있다. 여기서 “수직방향으로 배열된다”는 것은 전지모듈들을 냉매의 진행방향에 대해 수직인 방향으로 적층한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 4개의 전지모듈들을 2개는 하층에 배열하고 2개는 상기 하층에 배열된 전지모듈들에 대응하여 상층에 배열( “2×2”로 배열)하는 구조일 수 있다.In addition, the battery modules in the battery module assembly may have a structure in which two or more battery modules are arranged in a direction perpendicular to the direction in which the refrigerant flows. Here, "arranged in the vertical direction" means that the battery modules are stacked in a direction perpendicular to the advancing direction of the refrigerant. For example, two of the four battery modules may be arranged in a lower layer and two may be arranged in an upper layer (arranged as “2 × 2”) corresponding to the battery modules arranged in the lower layer.

이 경우에도, 하층의 제 2 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V2)가 상층의 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V1)보다 크도록, 냉매의 진행방향을 기준으로 하층의 제 2 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S2)가 상층의 제 1 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S1)보다 작게 형성되어 있는 구조는 여전히 유지되므로, 전지모듈 간 및 단위셀들 간에 형성된 냉매 유로 내의 냉각 효율성을 균등하게 할 수 있다.Also in this case, the direction in which the refrigerant flows is set so that the flow velocity V2 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the lower second battery module is greater than the flow rate V1 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the first battery module of the upper layer. Since the structure in which the vertical cross-sectional area S2 of the refrigerant passage in the second battery module of the lower layer is smaller than the vertical cross-sectional area S1 of the refrigerant passage in the upper layer of the second battery module is still maintained, the inter-cell modules and the unit cells are still maintained. It is possible to equalize the cooling efficiency in the refrigerant passage formed between them.

하나의 구체적인 예에서, 전지모듈들은 냉매 유로가 수직으로 연통되도록 상하 방향으로 적층되어 있고, 냉매는 전지모듈 어셈블리의 상부에 위치한 냉매 유입구로부터 유입되어 전지모듈을 통과한 후 전지모듈 어셈블리의 하부에 위치한 냉매 배출구로 배출되는 구조로 배열되어 있을 수 있다.In one specific example, the battery modules are stacked in the vertical direction so that the coolant flow path is vertically communicated, and the coolant flows in from the coolant inlet located at the top of the battery module assembly and passes through the battery module, and is located at the bottom of the battery module assembly. It may be arranged in a structure that is discharged to the refrigerant outlet.

이 경우, 상기 단위셀들 역시 냉매 유로가 수직으로 연통되도록 측면방향으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 냉매는 전지모듈 어셈블리의 상부에 위치한 냉매 유입구로부터 유입되어 전지모듈 간에 형성된 냉매유로 및 단위셀들간에 형성된 냉매유로를 통과하게 되므로 냉매 유로내의 냉각 효율성이 향상된다.In this case, the unit cells are also preferably arranged in the lateral direction so that the refrigerant passage is in vertical communication. The refrigerant flows from the refrigerant inlet located above the battery module assembly and passes through the refrigerant passage formed between the battery modules and the refrigerant passage formed between the unit cells, thereby improving cooling efficiency in the refrigerant passage.

또 다른 구체적인 예에서, 전지모듈들은 냉매 유로가 좌우 방향으로 연통되도록 적층되어 있고, 냉매는 전지모듈 어셈블리의 일측에 위치한 냉매 유입구로부터 유입되어 전지모듈을 통과한 후 전지모듈 어셈블리의 대향측에 위치한 냉매 배출구로 배출되는 구조로 배열되어 있는 구조일 수 있다.In another specific example, the battery modules are stacked such that the coolant flow paths communicate in the left and right directions, and the coolant flows from the coolant inlet located at one side of the battery module assembly and passes through the battery module, and the coolant is located at the opposite side of the battery module assembly. It may be a structure arranged in a structure that is discharged to the outlet.

본 발명은 또한, 상기 전지모듈 어셈블리가 전지팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩을 제공한다. 냉매 유입부 및 냉매 배출부는 단위셀들의 충방전에 따른 열의 발생을 효과적으로 냉각시키기 위한 냉매가 유입 및 배출될 수 있는 유동 공간으로서, 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부와 하부에 각각 형성되어 있다. 경우에 따라서는. 냉매 유입부와 냉매 배출부가 팩 케이스의 하부와 상부에 각각 형성되어 있을 수도 있다. The present invention also provides a battery pack in which the battery module assembly is mounted in a battery pack case. The coolant inlet and the coolant discharge part are flow spaces through which coolant can be introduced and discharged to effectively cool the generation of heat due to charging and discharging of the unit cells, and are respectively formed at upper and lower portions of the pack case in opposite directions. In some cases. The coolant inlet and the coolant outlet may be formed at the bottom and top of the pack case, respectively.

본 명세서에서 사용된 용어“전지모듈”은 둘 또는 그 이상의 충방전 단위셀들을 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 가능하고, 전지셀들을 소수 연결한 단위모듈을 다수 개 연결한 구성도 가능하다.As used herein, the term “battery module” refers to a structure of a battery system capable of providing high power and high capacity electricity by mechanically coupling two or more charging / discharging unit cells and simultaneously connecting them electrically. This includes all of the cases in which one device or a part of a large device is configured. For example, a large battery module may be configured by connecting a plurality of small battery modules, or a plurality of unit modules may be connected by connecting a small number of battery cells.

한편, 상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서 설명한다.On the other hand, the structure of the unit module can be made in a variety of configurations, a preferred example will be described below.

단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 직렬 및/또는 병렬로 상호 연결되어 있는 구조로서, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.The unit module has a structure in which plate-shaped battery cells having electrode terminals formed at upper and lower ends thereof are interconnected in series and / or parallel, and two or more battery cells having a stacked structure by bending the connection portions of the electrode terminals. And, except for the electrode terminal portion may be configured to include a high-strength cell cover coupled to surround the outer surface of the battery cells.

상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 전지셀이다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.The plate-shaped battery cell is a battery cell having a thin thickness and a relatively wide width and length so as to minimize the overall size when it is charged for the configuration of the battery module. Such a preferable example may be a secondary battery having a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and electrode terminals protrude from upper and lower ends thereof, and specifically, a pouch type of an aluminum laminate sheet. It may be a structure in which the electrode assembly is built in the case. A secondary battery having such a structure may be referred to as a pouch type battery cell.

이러한 전지셀들은 2 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.These battery cells can be configured as a unit module in a structure wrapped in a high-strength cell cover made of synthetic resin or metal in two or more units, the high-strength cell cover is charged and discharged while protecting the battery cell with low mechanical rigidity It prevents the sealing part of the battery cell from being separated by suppressing the change of repetitive expansion and contraction during the time. Therefore, it becomes possible to manufacture a medium-large battery module with more excellent safety ultimately.

단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 전극단자들을 결합시킨 뒤, 2 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.The battery cells in the unit module or between the module modules are connected in series and / or in parallel, and in a preferred embodiment, the electrode terminals are arranged with the battery cells arranged longitudinally in series so that their electrode terminals are continuously adjacent to each other. After combining, the plurality of unit modules may be manufactured by folding the battery cells in two or more units so as to overlap each other and wrapping the cells in a predetermined unit by the cell cover.

상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.Coupling of the electrode terminals may be implemented in various ways, such as welding, soldering, mechanical fastening, preferably by welding.

전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 단위셀들은, 바람직하게는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.The plurality of unit cells, in which electrode terminals are interconnected and filled with high density, may be vertically mounted in a vertically separate case coupled to a prefabricated fastening structure to constitute the rectangular battery module.

단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호와 제2006-45444호에 개시되어 있으며, 상기 출원들의 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.More specific details of a unit module and a rectangular battery module manufactured using a plurality of such unit modules are disclosed in Korean Patent Applications Nos. 2006-45443 and 2006-45444 of the present applicant, the contents of which are incorporated by reference. Incorporates the teachings of the present invention.

또한, 본 발명에 따른 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 단위셀들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장장치의 전원으로 특히 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the battery pack according to the present invention includes a plurality of unit cells to achieve a high output large capacity, so that the high heat generated during charging and discharging seriously emerge in terms of safety, hybrid electric vehicle, or plug-in hybrid electric It can be used particularly preferably as a power source for automobiles or power storage devices.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리는 제 2 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V2)가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V1)보다 크도록, 냉매의 진행방향을 기준으로 제 2 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S2)가 제 1 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S1)보다 작게 형성되어 있어서, 종래의 냉매 유로의 구조에 비하여 전지셀들 간에 온도편차를 줄일 수 있어 냉각 효율성이 향상되고, 그에 따라 수명 및 출력을 극대화시킬 수 있다. As described above, in the battery module assembly according to the present invention, the flow rate V2 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the second battery module is greater than the flow rate V1 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the first battery module. The vertical cross-sectional area S2 of the coolant flow path in the second battery module is smaller than the vertical cross-sectional area S1 of the coolant flow path in the first battery module based on the direction in which the coolant flows. Reduced temperature drift between cells improves cooling efficiency, thus maximizing lifetime and power.

도 1은 전지모듈 어셈블리와 전지모듈 내부에 전지셀들이 적층된 상태를 모식적으로 도시한 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 유로의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 적층된 전지모듈들의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 냉매의 진행방향에 대해 수직 방향으로도 적층된 전지모듈들의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전지모듈들을 냉매 유로가 좌우 방향으로 연통되도록 적층한 구조의 전지팩을 모식적으로 도시한 수직단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 적층된 단위셀들의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전지팩에서 상층과 하층의 전지셀 간의 온도변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩에서 상층과 하층의 전지셀 간의 열전달계수를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a perspective view schematically showing a state in which battery cells are stacked in a battery module assembly and a battery module;
2 is a schematic diagram of a refrigerant passage according to one embodiment of the present invention;
3 is a schematic view of battery modules stacked in accordance with one embodiment of the present invention;
4 is a schematic view of battery modules stacked in a vertical direction with respect to a traveling direction of a coolant according to another embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a vertical sectional view schematically showing a battery pack having a structure in which battery modules are stacked such that coolant passages communicate in a left and right direction according to another exemplary embodiment of the present invention.
6 and 7 are schematic views of unit cells stacked in accordance with another embodiment of the present invention;
8 is a graph showing a result of measuring the temperature change between the upper and lower battery cells in the battery pack according to an embodiment of the present invention;
9 is a graph showing the results of measuring the heat transfer coefficient between the upper and lower battery cells in the battery pack according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 유로가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 적층된 전지모듈들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 냉매의 진행방향에 대해 수직 방향으로도 적층된 전지모듈들이 모식적으로 도시되어 있다. 2 schematically shows a coolant flow path according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows stacked battery modules according to one embodiment of the present invention. According to still another embodiment of the present invention, battery modules stacked in a vertical direction with respect to a traveling direction of a coolant are schematically illustrated.

이들 도면과 도 1을 참조하면, 전지팩(300)은 단위모듈(30) 또는 전지셀(31) 다수 개가 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈들(100, 100a, 100b)과, 이러한 전지모듈들(100, 100a, 100b)이 장착되는 팩 케이스(350), 냉매 유입구(315)로부터 전지모듈들(100, 100a, 100b)에 이르는 유동 공간인 냉매 유입부(310)와 전지모듈들(100, 100a, 100b)로부터 냉매 배출구(325)에 이르는 유동 공간인 냉매 배출부(320)로 구성되어 있다.Referring to these drawings and FIG. 1, the battery pack 300 includes battery modules 100, 100a and 100b in which a plurality of unit modules 30 or battery cells 31 are electrically connected, and such battery modules ( The pack case 350 in which the 100, 100a, and 100b are mounted, the coolant inlet 310 and the battery modules 100 and 100a which are flow spaces from the coolant inlet 315 to the battery modules 100, 100a and 100b. And a refrigerant discharge part 320 which is a flow space from 100b to the refrigerant discharge port 325.

냉매 유입구(315)로부터 유입된 냉매는 냉매 유입부(310) 및 전지모듈들(100, 100a, 100b) 내에 형성된 냉매 유로(50)를 통과하면서 단위모듈들(30, 30a, 30b) 또는 전지셀들(31, 31a)을 냉각시키고 냉매 배출부(320)를 지나 냉매 배출구(325)를 통해 외부로 배출된다.The refrigerant flowing from the refrigerant inlet 315 passes through the refrigerant inlet 310 and the refrigerant passage 50 formed in the battery modules 100, 100a and 100b, and the unit modules 30, 30a and 30b or the battery cell. The fields 31 and 31a are cooled and discharged to the outside through the coolant discharge part 320 and through the coolant discharge port 325.

냉매 유로(50)는 냉매 유입부(310)에 가까운 쪽의 단면적(S1)은 크고 냉매 배출부(320)에 가까운 쪽의 단면적(S2)는 점차 작아지는 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 냉매 배출부(320)에 가까운 쪽의 속도(V2)가 냉매 유입부(310)에 가까운 쪽의 속도(V1)보다 커지게 된다.The coolant flow path 50 is formed in a shape in which the cross-sectional area S1 closer to the coolant inlet 310 is larger and the cross-sectional area S2 closer to the coolant outlet 320 is gradually smaller. Therefore, the speed V2 near the coolant discharge part 320 becomes larger than the speed V1 near the coolant inlet part 310.

즉, 제 1 전지모듈의 단위모듈(30) 배열 간격(d1)은 제 2 전지모듈의 단위모듈(30a) 배열 간격(d2)보다 크게 형성되며, 전지모듈(100)내에서 냉매 유로(50)는 냉매 유입구(10)에 가까운 쪽의 단면적(S1)은 크고 냉매 배출부(도시하지 않음)에 가까운 쪽의 단면적(S2)는 점차 작아지게 형성되어 있다. That is, the arrangement interval d1 of the unit modules 30 of the first battery module is greater than the arrangement interval d2 of the unit modules 30a of the second battery module, and the refrigerant passage 50 is formed in the battery module 100. The cross sectional area S1 near the coolant inlet 10 is large and the cross sectional area S2 near the coolant discharge part (not shown) is gradually reduced.

전지모듈들(100, 100a, 100b) 내에는 냉매가 냉매 유로(50)외의 다른 경로로 통과할 수 없도록 격막(120)이 형성되어 있다.In the battery modules 100, 100a and 100b, the diaphragm 120 is formed such that the refrigerant cannot pass through a path other than the refrigerant path 50.

전지모듈들(100, 100a, 100b)은 냉매의 진행방향에 대해 수직 방향으로도 적층되어 있다. 도 4는 도 3의 전지모듈들(100, 100a, 100b)이 2×3으로 적층된 상태를 도시한 것으로, 냉매 유로(50)는 냉매 유입부(310)에 가까운 쪽의 단면적(S1)은 크고 냉매 배출부(320)에 가까운 쪽의 단면적(S2)는 점차 작아지는 형상으로 형성되어 있다.The battery modules 100, 100a and 100b are also stacked in a direction perpendicular to the traveling direction of the refrigerant. 4 illustrates a state in which the battery modules 100, 100a, and 100b of FIG. 3 are stacked in 2 × 3, and the coolant flow path 50 has a cross-sectional area S1 closer to the coolant inlet 310. The cross-sectional area S2 larger and closer to the refrigerant discharge part 320 is formed in a gradually decreasing shape.

도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전지모듈들을 냉매 유로가 좌우 방향으로 연통되도록 적층한 구조의 전지팩의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a battery pack having a structure in which battery modules are stacked in such a manner that the refrigerant passages communicate with each other in a left and right direction according to another embodiment of the present invention.

전지모듈들(100, 100a, 100b)내에는 단위모듈들(30, 30a, 30b)이 우측의 냉매 유입부(310)에 가까운 쪽의 단면적(S1)은 크고 좌측의 냉매 배출부(320)에 가까운 쪽의 단면적(S2)는 점차 작아지는 형상의 냉매 유로(50)가 좌우 방향으로 연통되도록 배열되어 있으며, 냉매는 격막(120)이 형성되지 않은 냉매 유로(50)를 따라 단위모듈들(30, 30a, 30b)을 냉각하고 냉매 배출부(320)을 통해 외부로 배출된다. In the battery modules 100, 100a and 100b, the cross-sectional area S1 of the unit modules 30, 30a and 30b close to the refrigerant inlet 310 on the right side is large and is provided on the refrigerant discharge unit 320 on the left side. The adjacent cross-sectional area S2 is arranged so that the coolant flow passage 50 having a gradually decreasing shape communicates with the left and right directions, and the coolant is unit modules 30 along the coolant flow passage 50 in which the diaphragm 120 is not formed. , 30a and 30b are cooled and discharged to the outside through the coolant discharge part 320.

도 6 및 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 적층된 단위셀들이 모식적으로 도시되어 있다. 6 and 7 show unit cells stacked in accordance with another embodiment of the present invention.

이들 도면과 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 단위모듈들(30, 30a, 30b) 및/또는 전지셀들(31c, 31d)간에 형성된 냉매 유로(50)는 상층의 단면적(S1)에 비해 하층의 단면적(S2)가 점차 작아진다. 1 and 3 together, the coolant flow path 50 formed between the unit modules 30, 30a and 30b and / or the battery cells 31c and 31d is compared with the cross-sectional area S1 of the upper layer. The cross-sectional area S2 of the lower layer gradually decreases.

즉, 격막(120)을 형성하지 않고서도 단위모듈들(30, 30a, 30b) 및/또는 전지셀들(31c, 31d)로 냉매 유로(50)가 형성되어 있다. 즉, 최상층에는 단위모듈(30)들 다수 개가 측면으로 일정간격을 두며 이격되어 있고, 하층에는 단위모듈들(30a, 30b) 및/또는 전지셀들(31c, 31d) 다수 개가 측면으로 일정간격을 두며 이격되어 있다. That is, the coolant flow path 50 is formed of the unit modules 30, 30a and 30b and / or the battery cells 31c and 31d without forming the diaphragm 120. That is, a plurality of unit modules 30 are spaced apart at a side by a predetermined interval on the top layer, and a plurality of unit modules 30a and 30b and / or battery cells 31c and 31d are spaced apart at a side by a lower layer. Spaced apart.

도 7은 냉매 유로(50)가 좌우 방향으로 연통되도록 단위모듈들(30, 30a, 30b) 및/또는 전지셀들(31c, 31d)을 배열한 구조를 도시하고 있다. FIG. 7 illustrates a structure in which the unit modules 30, 30a and 30b and / or the battery cells 31c and 31d are arranged such that the refrigerant passage 50 communicates in the left and right directions.

도 7를 참조하면, 냉매가 유입되는 우측의 단면적(S1)은 대응하는 좌측의 단면적(S2)보다 크게 냉매 유로(50)가 형성되어 있고, 우측에는 단위모듈(30)들 다수 개가 일정간격을 두며 이격되어 있고, 좌측에는 단위모듈들(30a, 30b) 및/또는 전지셀들(31c, 31d) 다수 개가 일정간격을 두며 이격되어 있다. Referring to FIG. 7, a coolant flow path 50 is formed in a cross-sectional area S1 on the right side through which the coolant flows, and larger than the cross-sectional area S2 on the left side, and a plurality of unit modules 30 are disposed at a predetermined interval on the right side. Spaced apart from each other, and a plurality of unit modules 30a and 30b and / or battery cells 31c and 31d are spaced apart at a predetermined interval on the left side.

도 8에는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩에서 상층과 하층의 전지모듈에 장착된 전지셀 간의 온도변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩에서 상층과 하층의 전지모듈에 장착된 전지셀 간의 열 전달계수(h)를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 8 is a graph showing a result of measuring the temperature change between the battery cells mounted on the upper and lower battery modules in the battery pack according to an embodiment of the present invention, Figure 9 is a battery according to an embodiment of the present invention A graph showing the results of measuring the heat transfer coefficient (h) between the battery cells mounted on the upper and lower battery modules in the pack is shown.

이들 그래프와 도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 전지모듈(100)을 상하로 5개 적층하여 각각의 층마다 전지모듈(100)에 장착된 전지셀(31)의 온도 및 열 전달계수(h)를 측정한 결과, 발열량은 60 W/m2, 유량은 0.03 kg/s, 유로의 길이는 1000 mm의 동일한 실험조건에서 종래의 직선형의 냉매 유로(P)에서는 최상층의 전지셀(31)의 온도를 1.00으로 할 때 하층으로 갈수록 온도가 점차 상승하여 최하층의 전지셀(31)은 1.10을 초과하였다. Referring to these graphs together with FIGS. 1 and 3, the temperature and heat transfer coefficients of the battery cells 31 mounted on the battery module 100 in each layer by stacking five battery modules 100 up and down (h) As a result of the measurement, the heat generation amount is 60 W / m 2 , the flow rate is 0.03 kg / s, and the length of the flow path is 1000 mm in the conventional straight coolant flow path P under the same experimental conditions. When the temperature was set to 1.00, the temperature gradually increased toward the lower layer, and the lowermost battery cell 31 exceeded 1.10.

반면에, 유로의 너비가 3 mm에서 점차 좁아지게 형성된 본 발명의 냉매 유로(I)에서는 최상층의 전지셀(31)의 온도를 1.00으로 할 때 하층으로 갈수록 온도가 점차 상승하였으나, 최하층의 전지셀(31)의 온도는 대략 1.09의 수치를 나타내었다. On the other hand, in the coolant flow path I of the present invention formed gradually narrower at a width of 3 mm when the temperature of the uppermost battery cell 31 is 1.00, the temperature gradually increased toward the lower layer, but the lowermost battery cell The temperature of (31) showed a value of approximately 1.09.

이는 종래의 직선형의 냉매 유로(P)에 비해 본 발명의 냉매 유로(I)에서 최상층과 최하층의 전지셀(31)간 온도편차가 10% 감소하였음을 나타낸다. 또한, 냉매 유로의 너비가 21 mm에서 점차 좁아지게 형성된 냉매 유로에서 0.09 kg/s의 유량으로 냉매를 흘리면 종래의 직선형의 냉매 유로(P)에 비해 최상층과 최하층의 전지셀(31)간 온도편차가 50% 감소하였다. This indicates that the temperature deviation between the uppermost layer and the lowermost battery cell 31 in the refrigerant passage I of the present invention is reduced by 10% compared to the conventional linear refrigerant passage P. FIG. In addition, when the coolant flows at a flow rate of 0.09 kg / s in the coolant flow passage formed to gradually narrow at 21 mm, the temperature deviation between the uppermost layer and the lowermost battery cell 31 is lower than that of the conventional linear coolant flow passage P. Decreased by 50%.

한편, 열 전달계수는 종래의 직선형의 냉매 유로(P)에서는 최상층의 전지셀(31)의 열 전달계수(h1)을 1.0으로 할 때, 하층의 전지셀(31)의 열 전달계수(h2)는 1.0과 비슷하거나 약간 감소하였으나, 냉매 유로의 너비가 3 mm에서 점차 좁아지게 형성된 본 발명의 냉매 유로(I)에서는 최상층의 전지셀(31)의 열 전달계수(h1)을 1.0으로 할 때, 하층의 전지셀(31)의 열전달계수(h2)는 점차 증가하여 최하층의 전지셀(31)의 열 전달계수는 1.6에 가까운 수치를 나타내고 있다. On the other hand, the heat transfer coefficient is the heat transfer coefficient h2 of the lower battery cell 31 when the heat transfer coefficient h1 of the uppermost battery cell 31 is 1.0 in the conventional straight refrigerant path P. Is similar to or slightly reduced to 1.0, but in the refrigerant passage (I) of the present invention in which the width of the refrigerant passage is gradually narrowed at 3 mm, when the heat transfer coefficient h1 of the battery cell 31 of the uppermost layer is 1.0, The heat transfer coefficient h2 of the lower battery cell 31 gradually increases, and the heat transfer coefficient of the lowermost battery cell 31 shows a value close to 1.6.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (11)

다수의 전지셀들 또는 단위모듈들(“단위셀들”)이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈을 둘 또는 그 이상의 개수로 포함하고 있고,
상기 전지모듈들은, 각각의 전지모듈들에서 냉매 유로가 연통되도록, 냉매가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 거쳐 상기 제 1 전지모듈에 인접한 제 2 전지모듈의 냉매 유로로 연속적으로 진행되는 구조로 배열되어 있으며,
제 2 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V2)가 제 1 전지모듈의 냉매 유로를 통과하는 냉매의 유속(V1)보다 크도록, 냉매의 진행방향을 기준으로 제 2 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S2)는 제 1 전지모듈에서 냉매 유로의 수직 단면적(S1)보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.
A plurality of battery cells or unit modules ("unit cells") includes two or more battery modules that are electrically connected,
The battery modules are arranged in a structure in which the refrigerant flows continuously through the refrigerant passage of the first battery module to the refrigerant passage of the second battery module adjacent to the first battery module so that the refrigerant passage is in communication with each of the battery modules. It is
The refrigerant in the second battery module based on the direction in which the refrigerant flows so that the flow rate V2 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the second battery module is greater than the flow rate V1 of the refrigerant passing through the refrigerant passage of the first battery module. The vertical cross-sectional area (S2) of the flow path is a battery module assembly, characterized in that formed in the first battery module smaller than the vertical cross-sectional area (S1) of the refrigerant path.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리가 n개의 전지모듈들을 포함하고 있고 상기 전지모듈들이 냉매 유로가 연통되도록 연속 배열되어 있을 때, 냉매의 진행방향을 기준으로 첫번째 전지모듈로부터 n번째 전지모듈까지 냉매 유로의 수직 단면적이 순차적으로 작아지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리. The method of claim 1, wherein when the battery module assembly includes n battery modules and the battery modules are continuously arranged such that the coolant flow paths communicate with each other, the first battery module to the nth battery module based on the moving direction of the coolant are provided. The battery module assembly, characterized in that it has a structure in which the vertical cross-sectional area of the refrigerant passage is sequentially reduced. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전지모듈의 수직 단면적(S2)은 제 1 전지모듈의 수직 단면적(S1)의 30 내지 50% 크기인 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리. The method of claim 1, wherein the vertical cross-sectional area (S2) of the second battery module battery module assembly, characterized in that the size of 30 to 50% of the vertical cross-sectional area (S1) of the first battery module. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전지모듈의 열 전달계수(h2)는 제 1 전지모듈의 열 전달계수(h1)보다 큰 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.The battery module assembly of claim 1, wherein the heat transfer coefficient (h2) of the second battery module is larger than the heat transfer coefficient (h1) of the first battery module. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈에서 단위셀들은 냉매 유로를 형성하는 이격 간격으로 측면 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.The battery module assembly of claim 1, wherein the unit cells of the battery module are arranged side by side at intervals forming a refrigerant passage. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전지모듈의 단위셀 배열 간격(d1)은 제 2 전지모듈의 단위셀 배열 간격(d2)보다 큰 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.The battery module assembly of claim 1, wherein the unit cell arrangement interval d1 of the first battery module is greater than the unit cell arrangement interval d2 of the second battery module. 제 1 항에 있어서, 냉매의 진행방향에 대해 수직 방향으로도 둘 또는 그 이상의 전지모듈들이 배열되어 있는 것을 특징으로 전지모듈 어셈블리.The battery module assembly of claim 1, wherein two or more battery modules are arranged in a direction perpendicular to the direction in which the refrigerant flows. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들은 냉매 유로가 수직으로 연통되도록 상하 방향으로 적층되어 있고, 냉매는 전지모듈 어셈블리의 상부에 위치한 냉매 유입구로부터 유입되어 전지모듈을 통과한 후 전지모듈 어셈블리의 하부에 위치한 냉매 배출구로 배출되는 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리. The battery module of claim 1, wherein the battery modules are stacked in a vertical direction such that the coolant flow paths communicate vertically, and the coolant flows in from the coolant inlet located at the top of the battery module assembly and passes through the battery module. Battery module assembly, characterized in that arranged in a structure that is discharged to the refrigerant outlet located. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들은 냉매 유로가 좌우 방향으로 연통되도록 적층되어 있고, 냉매는 전지모듈 어셈블리의 일측에 위치한 냉매 유입구로부터 유입되어 전지모듈을 통과한 후 전지모듈 어셈블리의 대향측에 위치한 냉매 배출구로 배출되는 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 어셈블리.The battery module of claim 1, wherein the battery modules are stacked in such a manner that the coolant flow paths communicate with each other in the left and right directions, and the coolant flows in from the coolant inlet located at one side of the battery module assembly and passes through the battery module. Battery module assembly, characterized in that arranged in a structure that is discharged to the refrigerant outlet. 제 1 항에 따른 전지모듈 어셈블리가 팩 케이스에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack according to claim 1, wherein the battery module assembly is mounted in a pack case. 제 10 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack of claim 10, wherein the battery pack is used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
KR1020100080318A 2010-08-19 2010-08-19 Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same KR101397456B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080318A KR101397456B1 (en) 2010-08-19 2010-08-19 Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080318A KR101397456B1 (en) 2010-08-19 2010-08-19 Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120017613A true KR20120017613A (en) 2012-02-29
KR101397456B1 KR101397456B1 (en) 2014-05-26

Family

ID=45839489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100080318A KR101397456B1 (en) 2010-08-19 2010-08-19 Battery Module Assembly Having Improved Cooling Efficiency and Battery Pack Comprising the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101397456B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016557A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 주식회사 엘지화학 Battery module assembly having refrigerant fluid channel
CN110366796A (en) * 2017-09-29 2019-10-22 株式会社Lg化学 The coolant jacket with Non-Uniform Flow path for cooling down battery cell surface and the battery module including the coolant jacket

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329518A (en) * 1998-05-21 1999-11-30 Toshiba Battery Co Ltd Battery system
JP2010015955A (en) * 2008-07-07 2010-01-21 Toyota Motor Corp Power storage device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016557A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 주식회사 엘지화학 Battery module assembly having refrigerant fluid channel
JP2016524287A (en) * 2013-07-31 2016-08-12 エルジー・ケム・リミテッド Battery module assembly including refrigerant flow path
US9673495B2 (en) 2013-07-31 2017-06-06 Lg Chem, Ltd. Battery module assembly having coolant flow channel
CN110366796A (en) * 2017-09-29 2019-10-22 株式会社Lg化学 The coolant jacket with Non-Uniform Flow path for cooling down battery cell surface and the battery module including the coolant jacket

Also Published As

Publication number Publication date
KR101397456B1 (en) 2014-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101390224B1 (en) Battery Pack Providing Improved Distribution Uniformity in Coolant
KR100937897B1 (en) Middle or large-sized battery pack of novel air cooling structure
KR101240961B1 (en) Battery Pack Having Novel Structure
KR101020587B1 (en) Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity in Coolant Flux
KR101143279B1 (en) Battery Pack Having Novel Cooling Structure
KR101400079B1 (en) Battery Pack of Novel Air Cooling Structure
KR100981878B1 (en) Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux
KR101106105B1 (en) Middle or Large-sized Battery Pack Case of Excellent Cooling Efficiency
KR101250841B1 (en) Battery Pack Having Uniform Cooling Efficiency by Deviation of Slop Gradient Position
KR101586197B1 (en) Battery Pack Having Novel Cooling Structure
KR101560561B1 (en) Battery Module with Compact Structure and Excellent Heat Radiation Characteristics and Middle or Large-sized Battery Pack Employed with the Same
KR101112442B1 (en) Battery Module Assembly of Improved Cooling Efficiency
KR101187266B1 (en) Battery Pack Case Having Novel Structure
US20130230753A1 (en) Battery pack of excellent cooling efficiency
KR20110080537A (en) Middle or large-sized battery pack of improved cooling efficiency
KR20130091040A (en) Battery pack of novel air cooling structure
KR20120053593A (en) Battery pack of excellent cooling efficiency
KR20130102713A (en) Battery pack of novel air cooling structure
KR101535795B1 (en) Battery Pack of Air Cooling Structure
KR20120017613A (en) Battery module assembly having improved cooling efficiency and battery pack comprising the same
JP5768743B2 (en) Power storage device
KR20140130086A (en) Battery Pack of Air Cooling Structure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180418

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 6