KR20120096409A - 냉각 효율성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

냉각 효율성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 전지모듈 또는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 위치하고, 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 이루어져 있으며, 상기 체결 플레이트의 계면에 냉매 유로가 형성되어 있는 열전도 매개체; 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 주 도관과, 상기 주 도관에 연통된 상태로 수직으로 연장되어 상기 열전도 매개체의 냉매 유로와 연통되는 하나 이상의 분지 도관을 포함하고 있는 냉매 도관; 을 포함하고 있고, 상기 냉매 도관의 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 연결할 수 있도록, 열전도 매개체의 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 분지 도관의 외면 형상에 대응하는 장착 홈이 형성되어 있고, 상기 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되는 구조의 냉각부재를 제공한다.

Description

냉각 효율성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 {Cooling Member of Improved Cooling Efficiency and Battery Module Employed with the Same}
본 발명은 냉각 성능이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 이루어져 있으며, 체결 플레이트의 계면에 냉매 유로가 형성되어 있는 열전도 매개체; 및 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 주 도관과, 주 도관에 연통된 상태로 수직으로 연장되어 열전도 매개체의 냉매 유로와 연통되는 하나 이상의 분지 도관을 포함하고 있는 냉매 도관; 을 포함하고 있고, 냉매 도관의 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 연결할 수 있도록, 열전도 매개체의 냉매 유로 단부에서, 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 분지 도관의 외면 형상에 대응하는 장착 홈이 형성되어 있고, 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되는 냉각부재에 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 전지팩이나 전력저장 장치용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
따라서, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한 구조로 이루어져 있다. 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. 전지모듈의 구성시 카트리지를 사용하면, 기계적 강성이 높아지는 장점이 있지만, 전지모듈 전체의 크기가 커지게 되는 단점도 있다.
또한, 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매용 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
상기 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 특히, 일체형인 열전도 매개체를 냉매 도관이 경유하는 방식이 주로 사용되고 있다.
구체적으로는, 히트 싱크 내부의 유로에 냉매를 주입하기 위해 파이프 라인과 연결되는 히트 싱크 연결부위를 돌출형으로 제작한 후 파이프 라인에 히트 싱크 연결부위를 돌려 끼우는 강제 피팅에 의해 체결하는 구조의 냉각부재를 사용한다.
그러나, 상기 구조의 냉각부재는 다발 구조의 파이프 라인을 각각 히트 싱크 돌출부에 강제 피팅하여 삽입해야 하므로, 조립이 어려운 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 히트 싱크 내부에 보조 파이프를 장착한 후 파이프 라인과 일체형으로 구성하여 냉매를 파이프 라인으로부터 히트 싱크의 내부에 장착된 보조 파이프로 유동시키는 구조가 고안될 수 있다.
그러나, 상기 구조의 냉각 부재는 냉매가 히트 싱크 내부를 직접 유동하는 구조와 비교하여 보조 파이프에 의해 냉매의 냉각열이 감소되어 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 냉각 효율성을 향상시키면서, 장기적으로 내구 신뢰성을 보장함과 동시에 조립생산성을 향상시키는 냉각부재 및 이를 이용하는 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
이와 관련하여 본 발명의 목적은, 상기 문제점들을 해결할 수 있도록, 열전도 매개체를 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 구성하고, 체결 플레이트의 계면에는 냉매 도관과 연통되는 냉매 유로가 형성되어 있어서, 냉매 도관으로 유입된 냉매가 열전도 매개체의 냉매 유로를 통해 유동되므로 종래의 열전도 매개체에 별도의 보조 도관이 장착된 구조와 비교하여 열전도 매개체의 냉각열 손실을 방지할 수 있는 냉각부재를 제공하는 것이다.
또한, 냉매 도관은 주 도관과 주 도관에서 연장되어 냉매 유로와 연통되는 분지 도관을 포함하고, 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 장착 홈이 형성되어 있어서 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되어 있어서, 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 용이하게 연결할 수 있는 냉각부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주 도관과 분지 도관을 일체형으로 연결함으로써 별도의 주 도관과 분지 도관의 결합 작업이 필요 없게 되어 조립 생산성 및 조립 신뢰성을 향상시키고, 냉매 도관과 연통되는 냉매 유로에 의해 냉각 효율성이 향상되는 냉각부재를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각부재는, 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서,
전지모듈 또는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 위치하고, 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 이루어져 있으며, 상기 체결 플레이트의 계면에 냉매 유로가 형성되어 있는 열전도 매개체; 및
냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 주 도관과, 상기 주 도관에 연통된 상태로 수직으로 연장되어 상기 열전도 매개체의 냉매 유로와 연통되는 하나 이상의 분지 도관을 포함하고 있는 냉매 도관;
을 포함하고 있고,
상기 냉매 도관의 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 연결할 수 있도록, 열전도 매개체의 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 분지 도관의 외면 형상에 대응하는 장착 홈이 형성되어 있고, 상기 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 냉각부재는 열전도 매개체가 서로 다른 길이를 가진 체결 플레이트로 이루어져 있고, 체결 플레이트의 계면에 냉매 도관과 연통되는 냉매 유로가 형성되어 있으므로, 종래의 열전도 매개체에 별도의 보조 도관이 장착된 구조와 비교하여 열전도 매개체와 보조 도관의 접촉저항에 의한 열전도 매개체의 냉각열 손실을 방지할 수 있다.
또한, 냉매 도관은 주 도관과 주 도관에서 연장되어 냉매 유로와 연통되는 분지 도관을 포함하고, 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 장착 홈이 형성되어 있어서 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되어 있어서, 분지 도관과 열전도 매개체의 결합을 별도의 체결 부재 없이도 용이하게 달성할 수 있다.
더욱이, 종래의 냉각부재와 같이 열전도 매개체와 냉매 도관을 연결하기 위해 열전도 매개체의 일부에 별도의 체결부를 형성할 필요가 없으므로 냉각부재의 조립 생산성 및 조립 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 보조 플레이트의 하단면에는 분지 도관의 외주면에 대응하는 형상으로 체결 홈이 상부로 만입되어 있어서, 분지 도관을 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트의 장착 홈에 탑재한 후, 보조 플레이트를 체결 플레이트와 분지 도관의 상면에 장착함으로써 조립성이 향상된 방법으로 상호간의 체결을 용이하게 달성할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 보조 플레이트의 길이는 열전도 매개체의 길이를 기준으로 2 내지 10% 의 크기 일 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 플레이트의 길이가 열전도 매개체의 길이를 기준으로 2% 미만이거나 10%를 초과하는 경우 열전도 매개체와 분지 도관의 결합력을 저하시키므로 바람직하지 않다. 그러나, 앞서 설명한 효과를 발휘할 수 있는 크기라면, 상기 크기 조건을 벗어나는 범위도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 보조 플레이트의 폭은 열전도 매개체의 장착 홈에 탑재된 분지도관을 덮을 수 있는 크기이면 특별한 제한은 없으나, 상호간의 안정적 결합을 달성하기 위해서는 상기 열전도 매개체의 폭과 동일한 크기로 구성하는 것이 바람직하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 분지 도관은 주 도관에 대해 일체형으로 연결되어 있어서, 분지 도관 및 주 도관의 연결부위에서 누수가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
상기 분지 도관이 장착 홈의 양측 단부에 삽입되는 깊이는 열전도 매개체의 길이를 기준으로 10 내지 30%의 크기일 수 있다. 상기 분지 도관의 삽입되는 깊이가 열전도 매개체의 길이를 기준으로 10 % 미만의 크기인 경우에는 분지 도관과 냉매 유로 단부의 연결부위에서 누수가 발생할 수 있으며, 상기 깊이가 열전도 매개체의 길이를 기준으로 30 % 를 초과하는 크기인 경우에는 분지 도관과 열전도 매개체의 접촉저항이 증가하여 냉각 효율성을 저하시킬 수 있으므로 바람직하지 않다. 그러나, 앞서 설명한 효과를 발휘할 수 있는 크기라면, 상기 크기 조건을 벗어나는 범위도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 냉매 도관 및 장착 홈은 냉매가 효과적으로 유동할 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 수직 단면상 원형으로 이루어지는 것이 유체 역학적으로 바람직할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 분지 도관은 적어도 둘 또는 그 이상의 파이프로 이루어져 있으므로, 분지 도관이 하나의 파이프로 이루어진 구조와 비교하여 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 주 도관은 분지 도관보다 직경이 큰 구조로 이루어져 있어서, 주 도관으로 유입된 냉매는 분지 도관을 경유하면서 주 도관보다 유속이 빨라지므로, 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 주 도관은 분지 도관의 직경을 기준으로 2 배 내지 5 배의 크기를 가질 수 있다. 주 도관의 직경이 분지 도관의 직경을 기준으로 2 배 미만이면 소망하는 수준으로 분지 도관의 냉매의 유속을 높이기 어려울 수 있고, 5 배를 초과하면 전체적인 전지모듈 또는 전지팩의 크기가 커지므로 바람직하지 않다. 그러나, 앞서 설명한 효과를 발휘할 수 있는 크기라면, 상기 크기 조건을 벗어나는 범위도 가능할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 냉매 도관은 바람직하게는 열전도성의 내식성 소재로 이루어져 있어서, 냉매가 냉매 도관을 흐르더라도 수분에 의한 부식을 방지할 수 있다.
상기 열전도 매개체는 히트 싱크일 수 있으며, 히트 싱크는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다.
상기 열전도 매개체는 다양한 형태 및 배열이 가능한 바, 예를 들어, 각각의 전지모듈 또는 전지팩 단위로 이루어질 수 있다. 즉, 열전도 매개체는 전지모듈 단위로 분리형이거나 전지팩 단위로 일체형을 가질 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 냉각부재는 양면이 단위모듈들에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들 사이에 개재될 수 있는 냉각핀을 더 포함하는 구조일 수 있으며, 이 경우, 냉매는 주 도관 및 분지 도관으로 유동하면서 냉각열을 열전도 매개체 및 냉각핀에 순차적으로 전달하고, 이러한 냉각열에 의해 단위모듈들을 효과적으로 냉각할 수 있다.
상기 구조의 바람직한 예에서, 상기 냉각핀은 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 단위모듈들 사이에 냉각핀을 개재하였을 때, 냉각핀이 열전도 매개체에 면접촉하고 있으므로, 열전도에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다.
상기 구조의 또 다른 예에서, 상기 냉각핀은 단위모듈들에 밀착될 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 수직 단면상 "ㄱ"자형, "T"자형, "ㄷ"자형 또는 "1"자형으로 이루어지는 것이 열전도 매개체로부터의 냉각열을 단위모듈들에 효과적으로 전달할 수 있다.
구체적으로, "T"자형 구조는 "1"자형과 "T자"형의 조합으로 이루어질 수도 있다.
상기 냉각핀은 높은 냉각 효율성의 발현을 위한 열전도성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 높은 열전도성을 가진 금속 소재로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 이차전지가 바람직하다. 이러한 판상형 이차전지의 바람직한 예로는, 각형 이차전지와 파우치형 이차전지를 들 수 있으며, 그 중에서도, 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 전극조립체 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 전극조립체 수납부의 외주면에는 열융착에 의해 밀봉된 실링부("외주면 실링부")를 형성하고 있는 파우치형 이차전지가 특히 바람직하다.
한편, 상기 냉매는 냉매 도관에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 냉각부재를 포함하고 있는 전지모듈을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 냉각부재가 전지모듈의 상부 및/또는 하부에 장착되어 있는 구조로 이루어진다. 즉, 상기 냉각부재의 열전도 매개체와 냉매 도관에 의해 냉각 효율을 크게 향상시킴과 동시에 조립성이 향상된 전지모듈을 구성할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지모듈들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치의 등의 전원에 바람직하게 사용될 수 있다
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각부재는, 열전도 매개체를 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 구성하고, 체결 플레이트의 계면에는 냉매 도관과 연통되는 냉매 유로가 형성되어 있어서, 냉매 도관으로 유입된 냉매가 열전도 매개체의 냉매 유로를 통해 유동되므로 종래의 열전도 매개체에 별도의 보조 도관이 장착된 구조와 비교하여 열전도 매개체의 냉각열 손실을 방지할 수 있다.
또한, 냉매 도관은 주 도관과 주 도관에서 연장되어 냉매 유로와 연통되는 분지 도관을 포함하고, 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 장착 홈이 형성되어 있어서 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되어 있어서, 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 용이하게 연결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈에서 보조 플레이트가 체결 플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈의 냉각부재이다;
도 4는 도 3의 냉각부재의 일부 확대도이다;
도 5는 도 2의 전지모듈의 A-A'부위를 나타내는 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 단면 모식도이다;
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이다;
도 9는 도 7의 냉각부재의 사시도이다;
도 10은 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 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 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지모듈에서 보조 플레이트가 체결플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
또한, 도 3에는 도 1의 전지모듈에서 냉각부재가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 냉각부재의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 5에는 도 2의 전지모듈에서 A-A'의 단면 모식도가 도시되어 있다. 이들 도면에서 편의상 전지셀의 전극단자들은 표시하지 않았다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(80)은 한 쌍의 전지셀들(10)로 이루어진 단위모듈들(12) 3개가 측면으로 배열되어 있고, 전지모듈(80)의 상면에는 냉각부재(70)가 장착되어 있다.
냉각부재(70)는 전지모듈(80)의 상부에 위치하고 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트(50)로 이루어져 있고, 체결 플레이트(50)의 계면에는 분지 도관(30)과 연통되는 냉매 유로(55)가 형성되어 있는 열전도 매개체, 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어진 주 도관(40)과 분지 도관(30)을 포함하고 있다.
분지 도관(30)은 주 도관(40)에 연통된 상태로 수직으로 연장되어 열전도 매개체의 냉매 유로(55)와 연통되어 있다.
또한, 분지 도관(30)을 열전도 매개체의 냉매 유로(55)에 연결할 수 있도록, 냉매 유로(55) 단부에서, 체결 플레이트(50) 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 분지 도관(30)의 외면 형상에 대응하는 장착 홈(57)이 형성되어 있고, 장착 홈(57)에 분지 도관(30)이 탑재된 상태에서 분지 도관(30)의 외면을 감싸는 보조 플레이트(60)가 장착되어 있다.
보조 플레이트(60)의 하단면에는 분지 도관(30)의 외주면에 대응하는 형상으로 체결 홈(65)이 상부로 만입되어 있어서, 체결 플레이트(50)와 보조 플레이트(60)의 사이에 용이하게 장착되고, 분지 도관(30)은 주 도관(40)과 일체형으로 연결되어 전지모듈(80)의 전면과 후면에 각각 위치하고 있다.
보조 플레이트(60)의 길이(a)는 열전도 매개체의 길이(L)를 기준으로 10%의 크기로 이루어져 있고, 보조 플레이트(60)의 폭(w)은 열전도 매개체의 폭(W)과 동일한 크기로 이루어져 있어서, 보조 플레이트(60), 체결 플레이트(50) 및 분지 도관(30)의 상호 체결이 용이하게 된다.
분지 도관(30)이 냉매 유로(55)의 단부에 삽입되는 길이(l)는 열전도 매개체의 길이(L)를 기준으로 10%의 크기로 이루어져 있다. 따라서, 냉각 부재(70)와 분지 도관(30)의 접촉 저항을 최소화한다.
또한, 분지 도관(30)은 2개의 도관으로 이루어져 있고, 주 도관(40)은 분지 도관(30)보다 직경이 큰 구조로서, 대략 분지 도관(30)의 직경을 기준으로 3배의 크기로 이루어져 있다. 주 도관(40)과 분지 도관(30)은 수직 단면상 원형이고, 냉매로 인해 부식되는 것을 방지하기 위해 내식성의 소재로 이루어져 있다.
한편, 냉각핀(20)은 양면이 단위모듈들(12)에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들(12) 사이에 개재되어 있고, 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있다. 냉각핀(20)은 수직 단면상 "ㄱ"자형의 형상을 가지고 있고, 열도전성 금속 판재로 이루어져 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면 냉각핀은 수직 단면상 "T"자형(24)과 "1"자형(22)의 조합으로 이루어진 것을 제외하고는 도 5의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 7의 냉각부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저 도 7을 참조하면, 전지팩(200)은 도 1의 전지모듈들 4개가 측면으로 배열되어 있고, 냉각부재(90)가 전지모듈 별로 전지모듈의 상부에 각각 장착되어 있어서 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하고 있다.
도 9를 참조하면, 냉각부재(90)는 4개의 체결 플레이트(92)와 보조 플레이트(94)로 이루어진 열전도 매개체, 및 8 쌍의 분지 도관(98)과 한 쌍의 주 도관(96)을 포함하고 있다.
도 8을 참조하면, 전지팩(200a)은 열전도 매개체가 1개의 체결 플레이트(94a)와 보조 플레이트(92a)로 이루어진 점을 제외하고는 도 7의 전지팩(200)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10에는 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 이차전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 판상형 이차전지(100)는, 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지케이스(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(130)는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 전극조립체 수납부(140)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 전극조립체 수납부(140)의 외주면인 양측면(150b)과 상단부(150a) 및 하단부(150c)를 열융착에 의해 밀봉시킴으로써 실링부(150)를 형성하여 이차전지(100)가 만들어진다.
상단부(150a)와 하단부(150c)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 전지케이스(130) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.
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.

Claims (21)

  1. 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서,
    전지모듈 또는 전지팩의 상부 및/또는 하부에 위치하고, 서로 다른 길이를 가진 계단식의 체결 플레이트로 이루어져 있으며, 상기 체결 플레이트의 계면에 냉매 유로가 형성되어 있는 열전도 매개체; 및
    냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 주 도관과, 상기 주 도관에 연통된 상태로 수직으로 연장되어 상기 열전도 매개체의 냉매 유로와 연통되는 하나 이상의 분지 도관을 포함하고 있는 냉매 도관;
    을 포함하고 있고,
    상기 냉매 도관의 분지 도관을 열전도 매개체의 냉매 유로에 연결할 수 있도록, 열전도 매개체의 냉매 유로 단부에서, 체결 플레이트 중 상대적으로 긴 길이의 플레이트에는 분지 도관의 외면 형상에 대응하는 장착 홈이 형성되어 있고, 상기 장착 홈에 분지 도관이 탑재된 상태에서 분지 도관의 외면을 감싸는 보조 플레이트가 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 플레이트의 하단면에는 분지 도관의 외주면에 대응하는 형상으로 체결 홈이 상부로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 플레이트의 길이는 열전도 매개체의 길이를 기준으로 2 내지 10% 인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 플레이트의 폭은 열전도 매개체의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분지 도관은 주 도관에 대해 일체형으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 분지 도관이 장착 홈의 양측 단부에 삽입되는 깊이는 열전도 매개체의 길이를 기준으로 10 내지 30%의 크기인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 도관 및 장착 홈은 수직단면상 원형인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분지 도관은 적어도 둘 또는 그 이상의 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 주 도관은 분지 도관보다 직경이 큰 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 도관은 내식성의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 매개체는 히트 싱크인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 매개체는 각각의 전지모듈 또는 전지팩 단위로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 양면이 단위모듈들에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들 사이에 개재될 수 있는 냉각핀을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 냉각핀은 수직단면상 "ㄱ"자형,"T"자형, "ㄷ"자형, 또는 "1"자형인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 냉각핀은 열도전성 금속 판재인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 이차전지인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 판상형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 냉각부재를 포함하고 있는 전지모듈.
  20. 제 19 항에 따른 전지모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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