KR20140143854A - 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하고 있는 하나 이상의 전지모듈; 및 상기 전지모듈의 외부를 감싸고 있는 팩 케이스;를 포함하고 있고, 상기 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 액상 냉매가 전지셀들로부터 전도된 열을 팩 케이스의 냉각에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩 {Battery Pack Having Improved Safety against Leakage of Liquid Refrigerant}
본 발명은 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 상세하게는 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하고 있는 하나 이상의 전지모듈; 및 상기 전지모듈의 외부를 감싸고 있는 팩 케이스;를 포함하고 있고, 상기 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 액상 냉매가 전지셀들로부터 전도된 열을 팩 케이스의 냉각에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다.
그 중, HEV는 동력원으로서 충방전이 가능한 이차전지를 기반으로 하는 중대형 전지팩과 가솔린, 경유 등을 연소시키는 엔진을 함께 사용하여, 주행 조건 등에 따라 전지팩의 작동과 엔진의 작동을 조율(제어)하는 구조로 이루어져 있다. 즉, 작동의 효율성을 향상시키면서 연료의 사용을 최소화하기 위해, 차량의 운행 조건에 따라 엔진과 전지시스템의 작동 상태가 변하게 된다. 예를 들어, 차량이 정상 속도로 운행되거나 경사면을 내려오는 운행을 할 때에는, 엔진을 사용하지 않고 전지시스템이 작용하게 되며, 반대로 가속 운행을 행하거나 경사면을 올라가는 운행을 할 경우에는 연료를 사용하는 엔진이 주로 작동하고 그로 인한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전지를 충전하게 된다.
EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 이차전지 또는 리튬 이차전지 등이 사용되고 있다. 이러한 이차전지가 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지모듈을 형성하고, 이러한 전지모듈을 다수 개 병렬 또는 직렬로 연결하여 하나의 전지팩을 형성하여 사용하고 있다.
그러나, 이와 같은 고출력 대용량의 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 초래한다.
따라서, 중대형 전지모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀 또는 전지모듈들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
이와 관련하여, 단시간에 전지셀 또는 전지모듈을 냉각할 수 있도록 액상 냉매를 이용한 냉각 기술이 주목받고 있으며, 이를 적용한 차량용 전지팩의 수요가 증가하는 추세에 있다.
그러나, 액상 냉매를 이용하는 냉각 기술이 적용된 전지팩에서는, 팩 케이스 내부의 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이로 냉매 유로가 배치되거나, 팩 케이스 내부에 배치된 별도의 열전도 부재에 접촉하는 구조로 이루어져 있어서, 유로를 연결하는 각종 이음부 및 연결부재의 존재가 필수적이며, 장기간 지속적인 진동의 영향을 받는 차량용 전지팩의 경우, 액상 냉매가 전지팩 내부 공간에 형성된 유로를 지나는 도중에 각종 이음부에서 냉매 유로의 파손 등으로 냉매가 유출될 가능성이 있다.
이 경우, 유출된 액상 냉매가 전지팩 내부 공간에 위치한 버스바, 와이어 및 커넥터 등에 접촉하게 되면, 절연 파괴 및 단락 등이 유발되어 차량 화제등의 원인이 될 수 있다.
더욱이, 팩 케이스 내부 공간에 냉매 유로의 고정을 위한 연결부재가 추가되므로, 전지팩 제조 공정의 복잡성 및 부품 관리 비용 증가 등의 문제가 있다.
따라서, 냉매 유출에 대한 안전성이 우수한 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 상기 문제점들을 해결할 수 있도록, 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 액상 냉매가 전지셀들로부터 전도된 열을 팩 케이스의 냉각에 의해 제거하도록 구성하여, 액상 냉매가 팩 케이스 내부 공간으로 유입되는 가능성을 원천적으로 제거한 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하고 있는 하나 이상의 전지모듈; 및
상기 전지모듈의 외부를 감싸고 있는 팩 케이스;
를 포함하고 있고, 상기 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 액상 냉매가 전지셀들로부터 전도된 열을 팩 케이스의 냉각에 의해 제거하도록 구성되어 있다.
따라서, 전지팩을 냉각하기 위한 액상 냉매가 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 곳에 위치하므로, 앞서 설명한 바와 같이, 전지팩에 대한 진동 또는 충격에 의해 냉매 유로가 파손되더라도, 전지셀 및 전지모듈들이 배열되어 있는 팩 케이스 내부 공간에는 액상 냉매가 유동하기 위한 유로가 존재하지 않은 바, 냉매가 내부 공간으로 유입될 가능성이 전혀 없으며, 유로의 고정을 위한 이음부 및 고정부재가 필요 없어, 냉매 유로의 파손 가능성이 현저히 감소하면서도 매우 콤팩트한 전지팩을 구성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 케이스의 외부 외면, 또는 냉매 유로를 탑재할 수 있도록 구비된 팩 케이스의 중공 공간에는, 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 유로가 위치하고 있으며, 상세하게는, 상기 냉매 유로와 냉매 유로의 유입구 및 배출구는 전지셀 및 전지모듈들이 배열되어 있는 팩 케이스 내부 공간으로부터 격리된 상태로 위치되어 있어서, 팩 케이스 내부 공간으로 액상 냉매가 유입될 수 없다.
또한, 상기 팩 케이스는 열 전도성 소재로 이루어져 있을 수 있다. 본 발명의 팩 케이스는 전지모듈 및 내부 공간에 탑재되는 전장부품을 밀폐 및 보호하고 지지할 뿐만 아니라, 전지셀과 냉매의 열교환을 위한 방열판의 역할을 겸할 수 있어, 외부에 격리된 액상 냉매로부터 효과적으로 열을 제거하도록 하는 열교환 매체로 이용될 수 있다. 상기 열 전도성 소재는 열 전도성 및 기계적 강성 등이 우수한 소재가 바람직한 바, 상세하게는 금속 소재이나, 열전도성 고분자 또는 열전도성 고분자 복합체로 이루어질 수 있으나 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 전지모듈은 전지셀 적층체에 대한 충격 또는 부식을 방지하기 위해 전지셀 적층체가 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 모듈 케이스의 일면에는 상기 전지모듈간 전기적 연결을 위한 커넥터 및 기계적 체결을 위한 체결홈 또는 비드들이 형성되어 있을 수 있으나. 이것으로 한정되는 것은 아니며 다양한 구조의 모듈 케이스로 구성할 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 전지셀 적층체의 열을 더욱 효과적으로 전도하기 위하여, 상기 전지셀 적층체의 전지셀들 사이에는 열전도성 소재로 이루어진 냉각핀이 개재되어 있고, 상기 냉각핀은 팩 케이스로의 열전도를 위해 모듈 케이스로 연장되어 있는 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 냉각핀이, 전지셀들 사이에 개재되는 제 1 핀 부재, 및 팩 케이스에 열 접촉되어 있는 제 2 핀 부재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전지셀들에 직접 접촉한 상기 제 1 핀부재가, 전지셀의 열을 모듈 케이스로 연장된 제 2 핀 부재로 전도하고, 상기 팩 케이스의 일면에 열 접촉한 제 2 핀 부재는 제 1 핀부재로부터 수용된 열을 팩 케이스로 전도시킨다.
하나의 예로서, 전지셀들 사이의 개재되는 제 1 핀 부재와 상기 제 1 핀 부재로부터 연장되어 있는 제 2 핀 부재는 서로 일체형으로 이루어질 수 있다. 즉, 제 1 핀 부재가 케이스로 연장된 상태에서, 제 2 핀 부재는 팩 케이스의 일면에 열 접촉하도록 제 1 핀 부재의 단부가 수직 절곡된 구조로 이루어질 수 있다.
또 다른 예로서, 전지셀들 사이의 개재되는 제 1 핀 부재와 상기 제 1 핀 부재로부터 연장되어 있는 제 2 핀 부재는 각각 별도의 부재로서, 용접 등으로 결합된 구조일 수 있다. 이 경우, 제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 동일한 소재로 이루어질 수도 있고, 각각 서로 다른 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 핀 부재의 열전도성 등을 고려하여, 상기와 같이 냉각핀이 일체형 또는 결합형 구조 모두, 제 2 핀 부재는 팩 케이스에 직접 접촉되는 구조일 수 있으나, 열전도성을 향상하기 위한 물질 또는 부재가 그 사이에 추가될 수도 있다.
일반적으로, 고체와 고체 사이의 접촉면은 실질적으로 완전한 밀착이 용이하지 않으며, 그에 따라, 그 사이에 빈 공간 또는 공극이 형성되어 열 전도율이 감소할 수 있다.
따라서, 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 핀 부재와 전지셀의 접촉면 및/또는 제 2 핀 부재와 팩 케이스의 접촉면에는 써멀콤파운드 또는 써멀구리스 등의 열 전도성 물질이 코팅되어 있을 수 있다.
그에 따라, 상기 열전도성 물질이 접촉면 사이의 빈 공간 또는 공극을 효과적으로 채움으로써, 열전도율 손실을 방지할 수 있고, 써멀콤파운드 또는 써멀구리스는 그 자체로 열전도성이 매우 뛰어난 물질로서, 열교환을 촉진할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 1 핀 부재와 전지셀의 접촉면 및/또는 제 2 핀 부재와 팩 케이스의 접촉면에는 실리콘 소재 또는 우레탄 소재로 이루어진 열전도 패드가 개재되어 있을 수 있으며, 그에 따라, 냉각핀의 열전도성 및 열전도율을 크게 향상시킬 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 냉각핀의 제 2 핀 부재가 열접촉하는 팩 케이스의 내면 또는 외면에는 방열을 촉진하도록 라디에이터 구조의 방열판이 추가로 형성되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 케이스는, 전지모듈의 외면 일부를 감싸는 제 1 케이스 부재와, 전지모듈의 외면 나머지를 감싸며 상기 제 1 케이스 부재와 결합되는 제 2 케이스 부재로 이루어진 구조일 수 있으며, 이러한 제 1 케이스 부재 및/또는 제 2 케이스 부재에 대해 냉각이 이루어질 수 있도록 냉매 유로가 해당 부위에 위치하게 된다.
경우에 따라서는, 전지팩의 냉각 효율을 더욱 증가시키기 위해 제 1 케이스 부재 및 제 2 케이스 부재의 모든 외부면에 냉매 유로를 배치할 수도 있다.
상기 팩 케이스가 제 1 케이스 부재 및 제 2 케이스 부재로 구성되므로, 각각 독립적으로 크기, 두께, 재질등을 선택할 수 있으며, 이는 전지의 형상 및 크기를 고려하여 팩 케이스의 응용성 및 범용성의 확장측면에서 바람직한 구조이다.
상기 구조에는, 팩 케이스 내부 공간으로 수분침투를 완벽히 차단하기 위해, 상기 제 1 케이스 부재와 제 2 케이스 부재가 결합되는 접촉 부위에 수밀성이 높은 고무 또는 실리콘 등의 밀봉 부재가 개재될 수도 있다. 이 경우, 팩 케이스 외부로부터 유출되는 액상 냉매 또는 수분으로 발생할 수 있는 절연 또는 단락의 문제를 원천적으로 방지함으로써, 전지팩의 안전성을 더욱 향상 시킬 수 있다. 또한, 상기 밀봉 부재는 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 결합을 견고하게 하는 바, 진동 또는 외력에 노출되는 팩 케이스의 안정성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 전지셀 적층체의 온도, 팩 케이스의 온도, 및 전지팩의 외부 온도를 각각 측정하는 써미스터들; 및 상기 써미스터들로부터 수신된 온도 측정치를 바탕으로 액상 냉매에 의해 팩 케이스의 냉각 또는 가열이 수행되도록 제어하는 제어부;를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈 및 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 이차전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 고출력 대용량의 전지팩을 탑재하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 등일 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제조 공정은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 팩 케이스 내부 공간에 액상 냉매가 유동하기 위한 유로를 배치할 필요가 없으므로, 액상 냉매가 팩 케이스 내부로 유출되는 가능성을 원천적으로 방지할 뿐만 아니라, 외부로부터 완벽히 밀폐시킨 팩 케이스의 내부 공간에 전지셀 및 전지모듈이 배열되어 있어 액상 냉매의 유입이 방지된다. 또한, 전지모듈 및 내부에 탑재되는 전장부품을 보호하고 지지하면서도, 열교환이 가능한 팩 케이스를 포함하고 있어, 매우 콤팩트한 전지팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 2는 도 1의 A를 확대한 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지셀 적층체가 내장되어 있는 전지모듈의 수직 단면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉각핀의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 8은 도 7의 전지셀 적층체가 내장되어 있는 전지모듈의 수직 단면도이다.
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 전지팩의 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 A를 확대한 모식도가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여 도 1은 투시도로 표현하였다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀 적층체(104)가 내장되어 있는 전지모듈들(102a, 102b, 102c, 102d)이, 전지모듈들(102a, 102b, 102c, 102d)의 하단 또는 일면을 제외한 나머지 면들을 감싸는 구조의 제 1 케이스 부재(110), 및 전지모듈(102)의 하단을 지지하며 제 1 케이스 부재(110)의 하단 또는 일면에 결합되는 제 2 케이스 부재(112)가 결합된 구조의 팩 케이스 내부 공간(130)에 일렬로 배치되어 있는 구조로 이루어져 있다.
제 1 케이스 부재(110) 및 제 2 케이스(112) 부재가 결합되는 접촉 부위에는 수밀 기능이 있도록 밀봉 부재(107)가 개재되어 있어서, 유출된 냉매 또는 수분에 대한 안전성이 더욱 향상된 구조로 외부로부터 밀폐되어 있다.
제 2 케이스 부재(112)는 전지팩(100)의 내부 공간(130)으로부터 격리된 상태로 그것의 중공 공간에 냉매 유로(도시하지 않음)가 장착되어 있고, 일측 단부에 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 냉매 유로의 유입구(114) 및 배출구(116)가 형성되어 있다. 따라서, 유입구(114)로 유입된 냉매가 제 2 케이스 부재(112)의 중공 공간(113)에 형성되어 있는 냉매 유로를 유동하며, 제 2 케이스 부재(112)와 열교환을 수행한 후 배출구(116)을 통해 배출된다.
이러한 구조의 전지팩(100)은, 내부 공간(130)으로부터 격리된 상태로 제 2 케이스 부재(112)에 냉매 유로가 형성되어 있어서, 냉매가 유출 되더라도, 팩 케이스의 내부 공간(130)에 배열되어 있는 전지셀들(104) 및 전지모듈들(102a, 102b, 102c, 102d)로의 침투가 원천적으로 방지될 수 있다.
도 3에는 도 1의 전지셀 적층체가 내장되어 있는 전지모듈의 수직 단면이 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 냉각핀이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 냉각핀(200)은 제 1 핀 부재(201)의 단부가 연장되어 수직 절곡된 제 2 핀 부재(202)를 형성하는 일체형 구조, 또는 제 1 핀 부재(201’)의 단부에 팩 케이스(101)에 열 접촉되도록 제 2 핀 부재(202’)가 용접 등으로 결합된 결합형 구조로 이루어져 있다.
전지모듈(102a)는, 제 1 핀 부재(201)가 개재된 상태로 전지셀들(120)이 적층 배열된 상태에서, 일측면 또는 하단면에 제 1 핀 부재(201)의 통로를 구비하고 있는 모듈 케이스(150)에 내장되어 있다. 제 1 핀 부재(201)는 전지셀들의 사이에 밀착되면서, 제 2 핀 부재(202)에 접촉하도록 전지셀(120) 적층방향을 기준으로 모듈 케이스(150)를 통해 수직방향으로 연장되어 있으며, 제 2 핀 부재(202)는 제 1 핀 부재(201)의 연장방향을 기준으로 수직방향으로 배치된 상태에서 일면이 제 1 핀 부재(201)와 접촉되어 있고, 제 2 핀 부재(202)와 팩 케이스(101)의 계면에는 열 전달을 촉진하기 위한 열전도성 패드(210)가 개재되어 있다.
이러한 전지모듈의 냉각 과정은, 전지셀(120)로부터 발생한 최초의 열이 제 1 핀 부재(201)을 통해 제 2 핀 부재(202)로 전달되고, 팩 케이스(101)는 제 2 핀 부재(202)의 열을 열 전도성 패드(210)를 통해 수용하게 되며, 팩 케이스(101)의 중공 공간(103)에 위치한 냉매와 열교환이 발생하면서 전지모듈(102a)이 냉각된다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 냉각핀(300)의 제 1 핀 부재(310)는 전지셀(320)에 개재되면서 그것의 계면에는, 전지셀에서 발생하는 초기 열을 신속하게 전도하기 위해 써멀콤파운드 또는 써멀구리스 등의 열 전도성 물질(312), 및 우레탄 소재 또는 실리콘 소재의 열전도성 패드(314)가 혼용으로 개재될 수 있으며, 열 전도성 물질(312) 또는 열전도성 패드(314)가 단독으로 개재될 수도 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈을 모식적으로 도시하고 있다.
도 6를 참조하면, 제 2 핀 부재(202)가 열 접촉하는 팩 케이스(400)의 접촉면에 라디에이터 구조의 제 1 방열판(414)이 형성되어 있으며, 제 1 방열판(414)의 빈 공간을 최소화하기 위하여, 써멀콤파운드 또는 써멀구리스와 같이 점도를 지니며 일정 시간후 고체화 되는 열 전도성 물질(416)이 도포되어 있어, 제 1 방열판(414)과 제 2 핀 부재(202)의 빈 공간을 효과적으로 채우며, 열전도율 및 열전도성을 증가시킨다.
경우에 따라서는, 열 전도성 물질의 도포 없이, 제 1 방열판(414) 주위에 냉각 팬(도시하지 않음)을 설치하여, 제 1 방열판(414)으로부터 대류되는 열을 공랭식으로 냉각하면서, 제 1 방열판(414)이 제 2 핀 부재(202)와 접촉하는 면은 전도되는 열을 수냉식으로 냉각하는 구조의 하이브리드형 냉각 역시 적용 가능하다.
한편, 제 2 핀 부재(202)와의 접촉면 이외에 팩 케이스(400)의 외면 일부에는 방열을 촉진하도록 라디에이터 구조의 제 2 방열판(412)이 설치될 수 있으며, 주위에 냉각 휀을 설치하여 하이브리드형 냉각 구조로 구성할 수 있다. 또한, 팩 케이스(400)의 내면에도 냉매와의 열교환을 촉진하도록, 라디에이터 구조의 제 3 방열판(418)이 설치될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩이 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전지팩(600)은 팩 케이스를 구성하는 제 1 케이스 부재(610) 및 제 2 케이스 부재(612)가 전지모듈의 외면을 감싸고 있으며, 제 1 케이스 부재(610)의 일면의 중공 공간에는 전지셀 및 전지모듈(700)들이 배열되어 있는 내부 공간으로부터 격리되면서, 전지셀 및 전지모듈을 냉각하기 위한 냉매가 유동하는 냉매 유로가 배치되어 있으며, 제 1 케이스 부재(610) 및 전지모듈의 일면을 감싸며 제 1 케이스 부재(610)의 일면에 결합되는 제 2 케이스 부재(612)가 결합되어 있다. 제 1 케이스 부재(610)의 일측 단부에는 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 냉매 유로(도시하지 않음)의 유입구(630) 및 배출구(632)가 형성되어 있으며, 제 2 케이스 부재(612)는 제 1 케이스 부재의(610)의 유입구(630) 및 배출구(632)가 형성되어 있는 단부를 기준으로 그 대향 단부에 액상 냉매의 유입 및 배출을 위한 냉매 유로(도시하지 않음)의 유입구(622) 및 배출구(620)가 형성되어 있다.
도 7의 전지팩(600)은 제 1 케이스 부재(610)와 제 2 케이스 부재(612)에 소정 부피의 중공 공간을 포함하고 있으며, 제 1 케이스 부재(610)와 제 2 케이스 부재(612)의 중공 공간에 위치한 냉매의 진행방향이 서로 반대가 되어, 전지셀 또는 전지모듈의 열교환이 균일하게 진행되도록 유도할 수 있다. 또한, 전지팩의 사이즈, 및 전지팩의 용량에 따른 발열량 등을 고려하여, 제 1 케이스 부재(610)의 모든 면에 존재하는 중공 공간에 냉매를 위치시켜 냉각 효율을 증가시킬 수 있음은 물론이다.
도 8에는 도 7의 전지셀 적층체가 내장되어 있는 전지모듈의 수직 단면이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전지모듈(700)은, 전지셀(640)이 제 1 핀 부재(601) 와 함께 적층 배열된 상태로, 상단 및 하단에 제 1 핀 부재(601)의 통로를 구비하고 있는 모듈 케이스(650)에 의해 외부와 밀폐되어 있으며, 제 1 핀 부재(601)는 전지셀들 사이에 밀착되면서, 제 2 핀 부재들(602, 602’)에 접촉하도록 전지셀(640) 적층방향을 기준으로 모듈 케이스(650)를 통해 수직방향으로 연장되어 있으며, 제 2 핀 부재들(602, 602’)은 제 1 핀 부재(601)의 연장방향을 기준으로 수직방향으로 배치된 상태에서 일면이 제 1 핀 부재(601)와 접촉되어 용접 등에 의해 결합되어 있고, 제 2 핀 부재(602, 602’)와 제 1 케이스 부재(610) 및 제 2 케이스 부재(612)와의 계면에는 열 전달을 촉진하기 위한 열전도성 패드(608, 608’)가 개재되어 있다.
전지모듈의 냉각 과정은, 전지셀(640)로부터 발생한 최초의 열이 제 1 핀 부재(601)을 통해 제 2 핀 부재(602, 602’)들로 전달되고, 제 1 케이스 부재(610) 및 제 2 케이스 부재(612)는 제 2 핀 부재(602, 602’)의 열을 열 전도성 패드(608, 608’)를 통해 수용하게 되며, 제 1 케이스 부재(610) 및 제 2 케이스 부재(612)의 중공 공간(613, 613’)에 위치한 냉매와 열교환이 발생하며 전지모듈(700)이 냉각된다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하고 있는 하나 이상의 전지모듈; 및
    상기 전지모듈의 외부를 감싸고 있는 팩 케이스;
    를 포함하고 있고,
    상기 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 액상 냉매가 전지셀들로부터 전도된 열을 팩 케이스의 냉각에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 전지셀 적층체가 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체의 전지셀들 사이에는 냉각핀이 개재되어 있고, 상기 냉각핀은 팩 케이스로의 열전도를 위해 모듈 케이스로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각핀은, 전지셀들 사이의 개재되는 제 1 핀 부재와, 팩 케이스에 열 접촉되도록 상기 제 1 핀 부재로부터 연장되어 있는 제 2 핀 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 핀 부재는 팩 케이스에 직접 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 핀 부재와 전지셀의 접촉면 및/또는 제 2 핀 부재와 팩 케이스의 접촉면에 열 전도성 물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 열 전도성 물질은 써멀콤파운드 또는 써멀구리스인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 핀 부재와 전지셀의 접촉면 및/또는 제 2 핀 부재와 팩 케이스의 접촉면에 열전도 패드가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 열전도 패드는 실리콘 소재 또는 우레탄 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는, 전지모듈의 외면 일부를 감싸는 제 1 케이스 부재와, 전지모듈의 외면 나머지를 감싸며 상기 제 1 케이스 부재와 결합되는 제 2 케이스 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 팩 케이스는 열 전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 열 전도성 소재는 금속 소재이나, 열전도성 고분자 또는 열전도성 고분자 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 부재와 제 2 케이스 부재가 결합되는 접촉 부위에는 밀봉 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 고무 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스의 외부 외면 또는 팩 케이스의 중공 공간에는 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 유로가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 냉매 유로와 냉매 유로의 유입구 및 배출구는 팩 케이스의 내부 공간으로부터 격리된 상태로 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각핀의 제 2 핀 부재가 열접촉하는 팩 케이스의 내면 또는 외면에는 라디에이터 구조의 방열판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체의 온도, 팩 케이스의 온도, 및 전지팩의 외부 온도를 각각 측정하는 써미스터들; 및 상기 써미스터들로부터 수신된 온도 측정치를 바탕으로 액상 냉매에 의해 팩 케이스의 냉각 또는 가열이 수행되도록 제어하는 제어부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 1 항에 따른 전지팩이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력 저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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