KR20140144784A - 간접 냉각 구조를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀의 적어도 일측 단부는 카트리지 프레임의 외측으로 돌출되어 방열부를 형성하고 있고, 둘 이상의 방열부들이 카트리지 프레임의 외측에 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

간접 냉각 구조를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Having Indirect Cooling Structure}
본 발명은 간접 냉각 구조를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀의 적어도 일측 단부는 카트리지 프레임의 외측으로 돌출되어 방열부를 형성하고 있고, 둘 이상의 방열부들이 카트리지 프레임의 외측에 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어진 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 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 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 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 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 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 많은 전지셀들을 적층할수록 냉각 구조와 관련하여 다수의 부품이 추가되어 전지모듈의 부피가 커질 뿐만 아니라, 제조 공정이 복잡해지며, 이에 따른 제조비용 역시 크게 상승하는 단점이 발생한다.
예를 들어, 종래의 전지모듈에서는 전지셀들에서 발생한 열이 전지셀들 사이에 개재된 냉각 핀들을 통해, 전지모듈 외측에 장착된 냉각부재에 전달되어, 냉각부재에서 공랭 또는 수냉의 방식으로 냉각이 수행되는 구조를 사용하였다. 그러나, 이러한 구조는 부품의 수가 많아지고, 냉각 핀과 냉각부재 사이의 용접 또는 체결 등의 공정이 추가되는 단점이 있었다. 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 있었다.
또한, 전지셀들의 열이 전도되어 냉매 유로에서 냉각이 되는 구조를 형성하기 위하여 다수의 부품들이 사용되므로, 열전도 효율이 감소하여 결과적으로 냉각 성능이 저하되는 문제점도 발생하였다.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간단하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 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 많은 부재들을 사용하지 않고, 전지셀로부터 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있는 콤팩트 한 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 안전성이 우수하며, 제조 공정성이 뛰어난 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들; 및
상기 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들;
을 포함하고 있고,
상기 냉각 핀의 적어도 일측 단부는 카트리지 프레임의 외측으로 돌출되어 방열부를 형성하고 있고, 둘 이상의 방열부들이 카트리지 프레임의 외측에 냉매 유로를 형성하는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 전지모듈은 상기 전지셀에서 발생한 열이 전지셀 사이에 개재된 냉각 핀으로 전달되고, 카트리지 프레임의 외측으로 돌출된 냉각 핀의 방열부에서 외부로 열을 방출하며, 둘 이상의 방열부가 냉매 유로를 직접 형성하고 있고, 이러한 냉매 유로에 냉매를 유동시킴으로써 냉각을 수행하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀의 열을 전달받아서 냉각을 수행하는 과정이 방열부를 포함하는 냉각 핀에 의하여 일련의 과정으로 수행되고, 이러한 냉각 핀은 간단한 구조로서 용이하게 제조될 수 있으므로, 많은 부재들을 사용하지 않고도 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
더욱이, 냉각핀의 방열부가 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어져 있으므로, 별도의 냉매 유로가 형성된 냉각부재를 냉각 핀에 연결하는 구조가 필요없으며, 따라서 간단한 구성으로 높은 냉각 효율을 달성하는 구조를 제공한다.
즉, 종래의 냉각 시스템에 기반하지 않고도 전지셀로부터 발생한 열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있고, 냉각에 필요한 부품 수를 줄여 조립 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매우 콤팩트한 전지모듈을 구성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지모듈은 상기 전지셀 적층 구조의 하단을 지지하는 하부 플레이트, 상기 하부 플레이트 상에 위치한 전지셀 적층 구조의 최상부를 고정하는 상부 플레이트, 및 상기 방열부를 감싸면서 상단이 상부 플레이트와 결합되어 있고 하단이 하부 플레이트와 결합되어 있는 측면 플레이트를 추가로 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀 적층 구조의 상부 및 하부에 각각 위치한 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 사이에 전지셀 적층 구조가 압박되어 고정되는 구조로 이루어질 수 있다.
이와 관련한 구체적인 예로, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트의 외주면에는 각각 체결구가 관통되어 있는 하나 이상의 플레이트 체결부들이 형성되어 있고, 카트리지 프레임들의 외주면에는 상부 플레이트와 하부 플레이트의 체결구들과 연통되는 체결구가 관통되어 있는 프레임 체결부들이 형성되어 있으며, 상부 플레이트와 하부 플레이트 및 카트리지 프레임들을 고정하기 위한 채결부재가 상기 체결구들에 삽입되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중 적어도 하나에는, 강성을 향상시키고 전지셀을 더욱 압박하여 밀착시킬 수 있도록, 전지셀이 대면하는 부위에 비드들이 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트의 단부는 측면 플레이트와의 결합을 위해 하부 플레이트 방향으로 절곡되어 있고, 상기 하부 플레이트의 단부는 측면 플레이트와의 결합을 위해 상부 플레이트 방향으로 절곡되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상부 플레이트의 절곡된 단부에는 측면 플레이트의 상단이 결합되고, 하부 플레이트의 절곡된 단부에는 측면 플레이트의 하단이 결합되어 고정되는 구조를 이룰 수 있다.
또한, 상기 측면 플레이트는, 냉각 핀들의 방열부들이 냉매 유로를 형성하도록, 방열부의 길이에 대응하는 거리로 카트리지 프레임의 외측면으로부터 이격되어 있을 수 있다. 이 때, 카트리지 프레임의 외측과 측면 플레이트의 내측 사이의 공간은 방열부에 의해 분리되어 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들이 적층되어 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 방열부를 형성하는 냉각 플레이트들의 부위는 단부들이 상호 이격되도록 각각 절곡되어 단부들 사이에 냉매 유로가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 2장의 냉각 플레이트들은 서로 용접에 의해 결합될 수 있으며, 이러한 용접 구조에 관한 하나의 예로, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 각각 상호 용접을 위한 제 1 결합부 및 제 2 결합부가 전극단자 방향으로 연장된 형상으로 냉각 플레이트들의 양측에 형성되어 있고, 2장의 냉각 플레이트들을 상하로 적층한 상태에서 제 1 결합부 및 제 2 결합부가 각각 용접으로 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 제 1 결합부 및 제 2 결합부는 2장의 냉각 플레이트들이 결합부들에서 접하도록 냉각 플레이트들이 절곡된 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 결합부과 제 2 결합부 사이에는 냉각 플레이트들이 상호 접하는 돌기부가 결합부에 평행하게 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로 상기 2장의 냉각 플레이트들은 제 1 결합부 및 제 2 결합부 사이에서 상기 돌기부를 제외한 부위가 상호 이격되어 있을 수 있다. 즉, 상기 돌기부에 의해 상기 2장의 냉각 플레이트들의 이격된 구조를 형성시키고 이러한 구조를 유지시킨다. 따라서, 충방전시 팽창 수축을 반복하는 전지셀의 표면에 냉각 플레이트들을 탄력적으로 밀착시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각 핀은 1장의 냉각 플레이트로 이루어져 있고, 방열부는 냉매와 접촉되는 면적이 증가하도록 절곡된 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 제한된 공간에서 넓은 표면적에 의해, 냉매와 접촉되는 면적을 증가시켜 방열 효과를 향상시키는 구조이다.
또한, 상기 방열부에는 냉각 플레이트의 상면 및/또는 하면으로부터 돌출된 하나 이상의 냉각용 돌출부들이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 냉각용 돌출부들에 의해 방열부가 냉매와 접촉되는 면적이 증가하도록 함으로써 방열 효과를 향상시킬 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 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. 이 때, 상기 냉각 핀의 방열부는 양극 및 음극 단자가 위치하지 않는 방향으로 돌출되는 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양극 및/또는 음극 단자가 형성된 외주면 일측을 기준으로 그것과 인접한 일 측면, 또는 양 측면 방향에 상기 냉각 핀의 방열부가 돌출되는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀로 이루어지며, 상기 판상형 전지셀은 양극 및 음극 단자들이 전지셀의 본체 일측에 돌출되어 있는 구조, 또는 하나의 전극단자가 전지셀의 본체 일측으로 돌출되어 있고, 다른 하나의 전극단자가 그것에 대향하는 반대측에 돌출된 구조로도 이루어질 수 있다.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 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 전지셀의 열을 전달받아서 냉각을 수행하는 과정이 방열부를 포함하는 냉각 핀에 의하여 일련의 과정으로 수행되고, 이러한 냉각 핀은 간단한 구조로서 용이하게 제조될 수 있으므로, 많은 부재들을 사용하지 않고도 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
더욱이, 냉각핀의 방열부가 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어져 있으므로, 별도의 냉매 유로가 형성된 냉각부재를 냉각 핀에 연결하는 구조가 필요없으며, 따라서 간단한 구성으로 높은 냉각 효율을 달성하는 구조를 제공한다.
따라서, 종래의 냉각 시스템에 기반하지 않고도 전지셀로부터 발생한 열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있고, 냉각에 필요한 부품 수를 줄여 조립 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매우 콤팩트한 전지모듈을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈의 상부 부위가 분해된 구조의 사시도이다;
도 3은 도 1의 정면도이다;
도 4는 도 1의 전지셀에 포함되는 카트리지의 사시도이다;
도 5는 도 4의 분해 사시도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도이다;
도 7은 도 6의 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 있고, 도 2에는 도 1의 전지모듈의 상부 부위가 분해된 구조의 사시도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층 구조(110), 하부 플레이트(170), 상부 플레이트(180), 및 측면 플레이트(190)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
하부 플레이트(170)는 전지셀 적층 구조(110)의 하단을 지지하고, 상부 플레이트(180)는 하부 플레이트(170) 상에 위치한 전지셀 적층 구조(110)의 최상부를 고정하며, 측면 플레이트(190)는 상단이 상부 플레이트(180)와 결합되어 있고 하단이 하부 플레이트(170)와 결합되어 전지셀 적층 구조(110)의 측면을 감싸도록 장착되어 있다. 전지셀 적층 구조(110)의 상부 및 하부에 각각 위치한 상부 플레이트(180) 및 하부 플레이트(170)는 전지셀 적층 구조(110)의 상부 및 하부를 압박하여 고정하는 구조로 이루어져 있다.
상부 플레이트(180) 및 하부 플레이트(170)에는 강성을 향상시키고 전지셀 적층 구조(110)를 더욱 압박하여 밀착시킬 수 있도록, 전지셀 적층 구조(110)와 대면하는 부위에 비드들(182)이 형성되어 있다.
또한, 상부 플레이트(180)의 단부(140)는 하부 플레이트(170) 방향으로 절곡되어 있고, 하부 플레이트(170)의 단부(174)는 상부 플레이트(180) 방향으로 절곡되어 있어서, 상부 플레이트(180)의 절곡된 단부(184)에는 측면 플레이트(190)의 상단이 결합되고, 하부 플레이트(170)의 절곡된 단부(174)에는 측면 플레이트(190)의 하단이 결합되어 고정되는 구조를 이루고 있다.
전지셀 적층 구조(110)는 전지셀(120)들 및 카트리지(130)들이 교번 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 카트리지(130)는 전지셀(120)들 사이에 개재되는 냉각 핀(132), 냉각 핀(132)을 고정하는 카트리지 프레임(136)을 포함하고 있으며, 전지셀(120)들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조(110)를 형성하고 있다.
또한, 냉각 핀(132)의 양측 단부는 카트리지 프레임(136)의 외측으로 돌출되어 방열부(134)를 형성하고 있고, 다수의 방열부(134)들이 카트리지 프레임(136)의 외측에 냉매 유로(150)를 형성하는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(120)은 외주면의 일측에 양극 단자(122)가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자(124)가 돌출되어 있는 구조의 판상형 파우치형 전지셀로 이루어져 있으며, 냉각 핀(132)의 방열부(134)는 양극 및 음극 단자(122, 124)가 돌출된 방향과 인접한 양 측면 방향에 형성되어 있다.
이러한 전지셀(120)은 카트리지(130)에 의해 고정된 상태로 적층되는 바, 구체적으로, 파우치형 전지셀(120)의 열융착된 외주면 밀봉부가 카트리지들 사이에 개재되어 압박됨으로써 카트리지(130)에 파우치형 전지셀(120)이 고정되는 구조로 이루어져 있다.
한편, 상부 플레이트(180)와 하부 플레이트(170)의 외주면에는 각각 체결구가 관통되어 있는 플레이트 체결부들(185)이 형성되어 있고, 카트리지 프레임(136)들의 외주면에는 상부 플레이트(180)와 하부 플레이트(170)의 체결구들(185)과 연통되는 체결구가 관통되어 있는 프레임 체결부들(139)이 형성되어 있으며, 상부 플레이트(180)와 하부 플레이트(170) 및 카트리지 프레임(136)들을 고정하기 위한 채결부재(160)가 상기 체결구들(185, 139)에 삽입됨으로써 상부 플레이트(180)와 하부 플레이트(170) 사이에 전지셀 적층 구조(110)가 고정되는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 도 1의 정면도가 도시되어 있으며, 도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 측면 플레이트(190)는, 냉각 핀(132)들의 방열부(134)들이 냉매 유로(150)를 형성하도록, 방열부(134)의 길이에 대응하는 거리로 카트리지 프레임(136)의 외측면으로부터 이격되어 있다. 이 때, 카트리지 프레임(136)의 외측과 측면 플레이트(190)의 내측 사이의 공간은 방열부(134)들에 의해 분리되어 냉매 유로(150)를 형성하는 구조로 이루어져 있다.
도 4에는 도 1의 전지셀에 포함되는 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 도 2와 함께 참조하면, 카트리지(130)는 냉각 핀(132)이 카트리지 프레임(136)에 일체로 장착되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 냉각 핀(132)은 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)이 적층되어 결합된 구조로 이루어져 있으며, 방열부(134)를 형성하는 냉각 플레이트들의 부위는 단부들이 상호 이격되도록 각각 절곡되어 단부들 사이에 냉매 유로를 형성하고 있다.
냉각 핀(132)은 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)이 결합된 구조로 이루어져 있으며, 각각 상호 용접을 위한 제 1 결합부(133a) 및 제 2 결합부(133b)가 전극단자 방향으로 연장된 형상으로 냉각 플레이트들(132a, 132b)의 양측에 형성되어 있고, 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)을 상하로 적층한 상태에서 제 1 결합부(133a) 및 제 2 결합부(133b)가 각각 용접으로 결합된다. 제 1 결합부(133a) 및 제 2 결합부(133b)는 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)이 결합부들(133a, 133b)에서 접하도록 냉각 플레이트들(132a, 132b)이 절곡된 구조로 형성되어 있다.
제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b) 사이에는 냉각 플레이트들(132a, 132b)이 상호 접하는 돌기부(133c)가 결합부에 평행하게 형성되어 있다. 이러한 돌기부(133c)에 의해, 결합되는 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)의 제 1 결합부(132a) 및 제 2 결합부(132b) 사이에 이격된 구조가 형성된다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 카트리지(230)는 냉각 핀(232)이 카트리지 프레임(236)에 일체로 장착되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 냉각 핀(232)은 1장의 냉각 플레이트로 이루어져 있고, 카트리지 프레임(236)의 외측으로 돌출되는 방열부(235)는 냉매와 접촉되는 면적이 증가하도록 절곡된 구조로 형성되어 있다. 또한, 방열부(235)의 상면 및 하면에는 냉각용 돌출부들(236)이 형성되어 있다.
이러한 구조에 의해, 방열부(235)가 냉매와 접촉되는 면적이 증가되며, 따라서, 냉매 유로 형성과 동시에 방열 효과를 더욱 향상시키는 구조로 이루어져 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 (27)

  1. 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들; 및
    상기 전지셀들 사이에 개재되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들;
    을 포함하고 있고,
    상기 냉각 핀의 적어도 일측 단부는 카트리지 프레임의 외측으로 돌출되어 방열부를 형성하고 있고, 둘 이상의 방열부들이 카트리지 프레임의 외측에 냉매 유로를 형성하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층 구조의 하단을 지지하는 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트 상에 위치한 전지셀 적층 구조의 최상부를 고정하는 상부 플레이트; 및 상기 방열부를 감싸면서 상단이 상부 플레이트와 결합되어 있고 하단이 하부 플레이트와 결합되어 있는 측면 플레이트;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트의 외주면에는 각각 체결구가 관통되어 있는 하나 이상의 플레이트 체결부들이 형성되어 있고, 카트리지 프레임들의 외주면에는 상부 플레이트와 하부 플레이트의 체결구들과 연통되는 체결구가 관통되어 있는 프레임 체결부들이 형성되어 있으며, 상부 플레이트와 하부 플레이트 및 카트리지 프레임들을 고정하기 위한 채결부재가 상기 체결구들에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 플레이트 및/또는 하부 플레이트에는 전지셀이 대면하는 부위에 비드들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 플레이트의 단부는 측면 플레이트와의 결합을 위해 하부 플레이트 방향으로 절곡되어 있고, 상기 하부 플레이트의 단부는 측면 플레이트와의 결합을 위해 상부 플레이트 방향으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 측면 플레이트는, 냉각 핀들의 방열부들이 냉매 유로를 형성하도록, 방열부의 길이에 대응하는 거리로 카트리지 프레임의 외측면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들이 적층되어 결합된 구조로 이루어져 있고, 방열부를 형성하는 냉각 플레이트들의 부위는 단부들이 상호 이격되도록 각각 절곡된 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 서로 용접에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 2장의 냉각 플레이트들의 상호 용접을 위한 제 1 결합부 및 제 2 결합부가 전극단자 방향으로 연장된 형상으로 냉각 플레이트들의 양측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 결합부 및 제 2 결합부는 2장의 냉각 플레이트들이 결합부들에서 접하도록 냉각 플레이트들이 절곡된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 결합부과 제 2 결합부 사이에는 냉각 플레이트들이 상호 접하는 돌기부가 결합부에 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 1장의 냉각 플레이트로 이루어져 있고, 방열부는 냉매와 접촉되는 면적이 증가하도록 절곡되어 있는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방열부에는 냉각 플레이트의 상면 및/또는 하면으로부터 돌출된 하나 이상의 냉각용 돌출부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 조립, 부착, 또는 인서트 사출 성형에 의해 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 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 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 양극 및 음극 단자가 위치하지 않는 방향으로 방열부가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 18 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.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 파우치형 전지셀의 외주면 밀봉부가 카트리지 프레임들 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 금속 소재의 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 금속 소재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 전지모듈
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  26. 제 25 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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