KR20140144781A - 냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈 - Google Patents

냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈 Download PDF

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하종수
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Abstract

본 발명은 냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 카트리지는 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀은 적층된 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 적어도 일측 단부가 상호 결합되도록 절곡되어 있으며, 상기 카트리지 프레임에는, 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈 {Battery Module Having Cooling Pin with Coolant Flow Channel}
본 발명은 냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 카트리지는 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀은 적층된 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 적어도 일측 단부가 상호 결합되도록 절곡되어 있으며, 상기 카트리지 프레임에는, 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 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 주목 받고 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 전지모듈이 사용된다.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 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 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 어렵다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지모듈에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다.
적층된 전지셀들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 냉매유로를 전지셀들 사이에 형성시키거나, 또는 전지셀들 사이에 냉각핀을 개재하여 전지셀들에서 발생한 열이 냉각 핀들을 통해 전지모듈 외측에 장착된 냉각부재에 전달되어, 냉각부재에서 공랭 또는 수냉의 방식으로 냉각이 수행되는 구조를 사용하였다.
그러나, 전지셀은 충방전 시 팽창 및 수축이 반복되며, 전지셀 사이에 이격된 공간을 형성하여 냉매 유로를 형성하는 경우 냉매 유로가 좁아지거나 넓어지는 현상이 일어나므로, 냉매의 흐름이 방해되거나 또는 냉매의 흐름이 일정하지 않게 되는 등의 문제점이 발생한다.
또한, 전지셀들 사이에 냉각 핀을 개재하는 구조의 경우, 부품의 수가 많아지고, 냉각 핀과 냉각부재 사이의 용접 또는 체결 등의 공정이 추가되는 단점이 있다. 즉, 냉각핀과 냉각부재 사이에는 써멀 패드가 개재된 상태에서 열적으로 상호 결합되며, 냉각부재에는 냉매 유로를 형성시키는 구조로 구성되어 있으므로, 제조 비용이 상승하고 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
또한, 충방전에 의한 팽창 및 수축 시 전지셀에 냉각 핀의 접촉이 해제되는 등의 문제가 발생하고, 결과적으로 열전도 효율이 감소하여 냉각 성능이 저하되는 문제점도 발생하였다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 높은 냉각 효율성에 의해 수명 특성과 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀 사이에 냉매 유로를 형성한 구조에서 전지셀의 팽창 및 수축에 의해 냉매 유로가 좁아지는 등의 문제점과, 전지셀들 사이에 냉각핀을 개재하여 전지셀들에서 발생한 열이 냉각 핀들을 통해 전지모듈 외측에 장착된 냉각부재에 전달하여 냉각을 수행하는 구조에서 전지셀과 냉각 핀 사이의 접촉이 해제되는 문제점을 해결하여, 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 많은 부재들을 사용하지 않고, 전지셀로부터 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있는 콤팩트하고 안전성 및 제조 공정성이 뛰어난 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서,
상기 카트리지는 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고;
상기 냉각 핀은 적층된 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 적어도 일측 단부가 상호 결합되도록 절곡되어 있으며;
상기 카트리지 프레임에는, 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀에서 발생한 열이 전지셀 사이에 개재된 냉각 핀으로 전달되고, 상기 냉각핀에 형성된 냉매 유로에 냉매를 유동시킴으로써 냉각이 수행되는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 냉각 핀이 전지셀들과 접촉되어 열을 전도받는 동시에, 전지셀들 사이에 형성된 냉매 유로가 전지셀들의 팽창에 의해 좁아지는 것을 방지하여 냉매의 흐름이 원활하도록 하는 구조를 이루고 있다. 또한, 전지셀 표면에 냉각 핀이 접촉된 상태를 안정적으로 유지하여 냉각의 효율성 및 냉각 균일성을 확보하는 구조를 제공한다.
뿐 만 아니라, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀들 사이에 냉각 핀을 개재하여 전지셀들에서 발생한 열이 냉각 핀들을 통해 전지모듈 외측에 장착된 냉각부재에 전달하여 냉각을 수행하는 구조에 비하여, 구성이 단순하고 부품 수를 줄일 수 있어서 제조 비용의 절감, 및 제조 공정성을 향상시키는 효과를 제공한다.
상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 양극 또는 음극 단자가 돌출되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 상호 접하면서 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 2장의 냉각 플레이트들의 결합된 양 단부들은 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 카트리지 프레임의 개구에 접한 냉각 플레이트의 부위는 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 냉각 핀은 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 구조일 수 있다. 상기 카트리지 프레임에 냉각 핀이 장착되는 구조는 조립, 부착, 또는 인서트 사출 형성 등 다양한 방법으로 형성이 가능하지만 이러한 방법들로 한정되지는 않는다.
상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로를 형성하는 부위를 제외한 부위에서 서로 접하여 결합된 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 결합은 예를 들어 조립, 접합, 또는 용접으로 수행될 수 있으나 이들에 한정되지는 않는다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각 핀에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 둘 이상의 선형 돌출부들이, 냉각 플레이트들 사이의 냉매 유로 쪽으로 돌출 형성되어있는 구조를 포함할 수 있다.
이러한 선형 돌출부는 2장의 냉각 플레이트들에 각각 형성되어 있으며, 냉매 유로를 기준으로 상호 대칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상호 대칭으로 형성된 선형 돌출부들은 상호 접하는 구조를 이룰 수 있으며, 경우에 따라서, 상호 접하는 부위가 용접 등으로 결합될 수 도 있다.
상기 선형 돌출부들의 형상 및 배열은 냉매의 흐름에 방향성을 제공하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 구조로서 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 선형 돌출부들은 수직 단면상으로 사각형 또는 반원 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 선형 돌출부들은 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열될 수 있다. 이러한 구조에서, 냉매는 상기 선형 돌출부들의 배열 구조에 따라서 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향의 일측에서 그 대향측으로 유입되어 배출되는 구조를 이룰 수 있다.
상기 선형 돌출부들은 각각 연속적인 선형 구조로 형성될 수 있지만, 경우에 따라서 비연속적인 선형 구조로 형성될 수 도 있다.
경우에 따라서, 상기 연속적인 선형 구조의 선형 돌출부들은 전체적으로 폭이 동일하거나 일부에서 폭이 상대적으로 좁은 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 폭이 상대적으로 좁은 형상으로 형성되어 있는 부위는 선형 돌출부의 양 단부일 수 있고, 또는 선형 돌출부의 양 단부를 제외한 부위 중 일부일 수 도 있다.
한편, 상기 2장의 냉각 플레이트들의 상호 이격된 부위에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 선형 블록들이 장착될 수 도 있다. 상기 선형 블록들의 배열 구조는 앞서 설명한 선형 돌출부의 배열 구조와 같이 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열된 구조일 수 있다.
이러한 선형 블록들은 2장의 냉각 플레이트의 내측에 다양한 형태로 결합될 수 있으며, 하나의 예로, 상기 선형 블록들의 상단 및 하단은 2장의 냉각 플레이트의 내측면들과 각각 결합된 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층구조는, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이에 2개의 전지셀들이 장착되어 있는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 카트리지-전지셀-전지셀-카트리지…의 구조로 형성될 수 있으며, 따라서 인접한 2개의 전지셀 중 하나의 전지셀의 상면이 상부에 위치한 카트리지와 접하고, 다른 하나의 전지셀의 하면은 하부에 위치한 카트리지와 접하는 구조로 형성될 수 있다.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 장방형의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로는, 상기 판상형 전지셀은 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 파우치형 전지셀은 카트리지에 의해 고정된 상태로 적층되는 바, 구체적으로, 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면 밀봉부가 카트리지들 사이에 개재되어 압박됨으로써 카트리지에 파우치형 전지셀이 고정되는 구조를 이룰 수 있다.
상기 냉각 핀은 열전도성을 가지는 박형의 부재라면 그것의 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재의 시트로 제조될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 냉매는 예를 들어 공기일 수 있지만, 그것만으로 한정되지 않음은 물론이다.
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 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀들 사이에 형성된 냉매 유로가 전지셀들의 팽창에 의해 좁아지는 것을 방지하여 냉매의 흐름이 원활하도록 하고, 전지셀 표면에 냉각 핀이 접촉된 상태를 안정적으로 유지하여 냉각의 효율성 및 냉각 균일성을 확보하는 구조를 제공한다.
뿐 만 아니라, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀들 사이에 냉각 핀을 개재하여 전지셀들에서 발생한 열이 냉각 핀들을 통해 전지모듈 외측에 장착된 냉각부재에 전달하여 냉각을 수행하는 구조에 비하여, 구성이 단순하고 부품 수를 줄일 수 있어서 제조 비용의 절감, 및 제조 공정성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 카트리지의 사시도이다;
도 3은 도 2의 측면도이다;
도 4는 도 2의 분해 사시도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도이다;
도 8는 도 7의 분해 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 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층구조(200), 하부 플레이트(310), 및 상부 플레이트(320)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
하부 플레이트(310)는 전지셀 적층구조(200)의 하단을 지지하고, 상부 플레이트(320)는 하부 플레이트(310) 상에 위치한 전지셀 적층구조(200)의 최상부를 고정하며, 전지셀 적층구조(200)의 상부 및 하부에 각각 위치한 상부 플레이트(320) 및 하부 플레이트(310)는 전지셀 적층구조(200)의 상부 및 하부를 압박하여 고정하는 구조로 이루어져 있다.
상부 플레이트(320) 및 하부 플레이트(310)에는 강성을 향상시키고 전지셀 적층구조(200)를 더욱 압박하여 밀착시킬 수 있도록, 전지셀 적층구조(200)와 대면하는 부위에 비드들(322)이 형성되어 있다.
전지셀 적층구조(200)는 전지셀(210)들 및 카트리지(220)들이 교번 적층되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 카트리지(220)들은 전지셀(210)들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조(200)를 형성하고 있다.
전지셀(210)은 외주면의 일측에 양극 단자(212)가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자(214)가 돌출되어 있는 구조의 판상형 파우치형 전지셀(210)로 이루어져 있다.
이러한 전지셀(210)은 카트리지(220)에 의해 고정된 상태로 적층되는 바, 구체적으로, 파우치형 전지셀(210)의 열융착된 외주면 밀봉부가 카트리지들 사이에 개재되어 압박됨으로써 카트리지(220)에 파우치형 전지셀(210)이 고정되는 구조로 이루어져 있다.
카트리지(220)는 전지셀(210)들 사이에 개재되는 냉각 핀(222), 및 냉각 핀(222)을 고정하는 카트리지 프레임(226)을 포함하고 있으며, 내측에 냉매 유로를 형성하고 있다. 또한, 카트리지에는 전지셀의 양극 및 음극 단자(212, 214)가 돌출된 방향과 인접한 양 측면 방향에 냉매 유로와 연통되는 개구(224)가 천공되어 있다.
도 2에는 도 1의 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 각각 도 2의 측면도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1과 함께 참조하면, 카트리지(220)는 전지셀(210)들 사이에 개재되는 냉각 핀(222), 및 냉각 핀(222)을 고정하는 카트리지 프레임(226)을 포함하고 있다. 냉각 핀(222)은 적층된 2장의 냉각 플레이트들(222a, 222b)로 이루어져 있고, 2장의 냉각 플레이트들(222a, 222b)은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 양측 단부가 상호 결합되도록 절곡되어 있으며, 카트리지 프레임(226)에는, 냉각 플레이트들(222a, 222b)의 냉매 유로와 연통되는 개구(224)가 천공되어 있다.
냉각 플레이트들(222a, 222b)은 전지셀(210)의 양극 및 음극 단자(212, 214)가 돌출되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 상호 접하면서 결합된다. 이러한 양 단부들은 카트리지 프레임(226)에 일체로 장착된다.
또한, 카트리지 프레임(226)의 개구(224)에 접한 냉각 플레이트들(222a, 222b)의 부위도 카트리지 프레임(226)에 일체로 장착된다.
즉, 2장의 냉각 플레이트들(222a, 222b)은 냉매 유로를 형성하는 부위를 제외한 부위에서 서로 접하여 결합된 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 결합은 용접에 의해 수행된다.
냉각 핀(222)에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들(222a, 222b)의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 다수의 선형 돌출부들(223)이, 냉각 플레이트들(222a, 222b) 사이의 냉매 유로 쪽으로 돌출된 구조로 형성되어 있다. 선형 돌출부들(223)는 2장의 냉각 플레이트들(222a, 222b)에 각각 형성되어 있으며, 냉매 유로를 기준으로 상호 대칭되어 있다. 이러한 선형 돌출부(223)들은 상호 접하여 용접으로 결합된다.
또한, 선형 돌출부들(223)은 전지셀(210)의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열되어 있으며, 따라서 냉매도 선형 돌출부(223)의 배열 구조에 따라서 전지셀(210)의 전극단자 형성 방향에 수직 방향의 일측에서 그 대향측으로 유입되어 배출되는 구조로 이루어져 있다.
도 5 및 도 6에는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도들이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6의 카트리지는 도 2의 카트리지와 비교하여 선형 돌출부들의 구조가 다르다는 점을 제외하고 나머지 구조는 동일하다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 카트리지 프레임(320, 420)의 양측에 형성된 개구(324, 424) 방향으로 길게 연장된 선형 돌출부들(312, 412)이 평행하게 배열되어 있다. 도 5의 선형 돌출부들(312)은 양 단부에서 폭이 좁아지는 형상으로 이루어져 있고, 도 6의 선형 돌출부들(412)은 대략 중앙 부위에서 폭이 좁아지는 형상으로 이루어져 있다.
이러한 선형 돌출부들은 냉매의 흐름을 효율적으로 유도하고, 냉각 플레이트의 강성을 보완하기 위한 구조로서, 도 2, 도 5, 및 도 6과 같은 구조 외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 2장의 냉각 플레이트들(512, 514)의 상호 이격된 부위에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들(512, 514)의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 선형 블록들(516)이 장착되어 있다. 이러한 선형 블록들(516)의 배열 구조는 앞서 설명한 선형 돌출부의 배열 구조와 같이 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열된 구조로 형성되어 있다. 또한, 선형 블록들(516)은 2장의 냉각 플레이트(512, 514)의 내측에 결합되어 냉매의 흐름을 유도하는 냉매 유로를 형성하고 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (29)

  1. 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서,
    상기 카트리지는 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고;
    상기 냉각 핀은 적층된 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 적어도 일측 단부가 상호 결합되도록 절곡되어 있으며;
    상기 카트리지 프레임에는, 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 양극 또는 음극 단자가 돌출되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 상호 접하면서 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들의 결합된 양 단부들이 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 카트리지 프레임의 개구에 접한 냉각 플레이트의 부위는 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 조립, 부착, 또는 인서트 사출 성형에 의해 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 서로 용접에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 둘 이상의 선형 돌출부들이, 냉각 플레이트들 사이의 냉매 유로 쪽으로 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 선형 돌출부는 2장의 냉각 플레이트들에 각각 형성되어 있으며, 냉매 유로를 기준으로 상호 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들에 형성된 선형 돌출부들은 상호 접해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 선형 돌출부들의 접하는 부위는 용접으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 선형 돌출부들은 수직 단면상으로 사각형 또는 반원 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 선형 돌출부들은 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 선형 돌출부들 각각은 연속적인 선형 구조 또는 비연속적인 선형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 연속적인 선형 구조의 선형 돌출부들은 전체적으로 폭이 동일하거나 일부에서 폭이 상대적으로 좁은 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들의 상호 이격 부위에는, 냉매의 흐름을 유도하고 냉각 플레이트들의 상호 이격 구조를 유지하기 위한 선형 블록들이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 선형 블록들은 전지셀의 전극단자 형성 방향에 수직 방향으로 평행 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 선형 블록들의 상단 및 하단은 2장의 냉각 플레이트의 내측면들과 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층구조에서, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이에 2개의 전지셀들이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 파우치형 전지셀의 외주면 밀봉부가 카트리지 프레임들 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 금속 소재의 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 금속 소재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 전지모듈
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  28. 제 27 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016204470A1 (ko) * 2015-06-19 2016-12-22 주식회사 엘지화학 카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20170068472A (ko) * 2015-02-09 2017-06-19 주식회사 엘지화학 전지모듈 및 상호연결 어셈블리의 전압센싱부재에 제 1 및제 2 전지셀들의 제 1 및 제 2 전기 단자들을 연결하는 방법
WO2019112125A1 (ko) 2017-12-06 2019-06-13 주식회사 엘지화학 셀 에지 직접 냉각 방식의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2021101114A1 (ko) * 2019-11-22 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20220098706A (ko) * 2018-05-16 2022-07-12 삼성에스디아이 주식회사 일체형 냉매 회로 부재를 갖는 프레임 프로파일을 포함한 전지 팩

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170068472A (ko) * 2015-02-09 2017-06-19 주식회사 엘지화학 전지모듈 및 상호연결 어셈블리의 전압센싱부재에 제 1 및제 2 전지셀들의 제 1 및 제 2 전기 단자들을 연결하는 방법
WO2016204470A1 (ko) * 2015-06-19 2016-12-22 주식회사 엘지화학 카트리지 및 이를 포함하는 전지 모듈
CN107431160A (zh) * 2015-06-19 2017-12-01 株式会社Lg 化学 盒和具有该盒的电池模块
US10530020B2 (en) 2015-06-19 2020-01-07 Lg Chem, Ltd. Cartridge with mount frame having lead mounting board and lower and upper sliding boards and battery module having same
CN107431160B (zh) * 2015-06-19 2020-09-08 株式会社Lg 化学 盒和具有该盒的电池模块
WO2019112125A1 (ko) 2017-12-06 2019-06-13 주식회사 엘지화학 셀 에지 직접 냉각 방식의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20190066731A (ko) 2017-12-06 2019-06-14 주식회사 엘지화학 셀 에지 직접 냉각 방식의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
US11189868B2 (en) 2017-12-06 2021-11-30 Lg Chem, Ltd. Battery module of cell edge direct cooling scheme, and battery pack comprising same
KR20220098706A (ko) * 2018-05-16 2022-07-12 삼성에스디아이 주식회사 일체형 냉매 회로 부재를 갖는 프레임 프로파일을 포함한 전지 팩
US11949084B2 (en) 2018-05-16 2024-04-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack comprising frame profile having integral refrigerant circuit member
WO2021101114A1 (ko) * 2019-11-22 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

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