KR20160061122A - 셀 온도 상승 대응 능력이 개선된 배터리팩 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

셀 온도 상승 대응 능력이 개선된 배터리팩을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리팩은 다수의 셀들이 적층 구성된 셀 적층체; 및 적층된 셀들 사이에 위치하는 부재를 포함해 상기 셀들을 냉각하는 냉각 장치를 포함하고, 상기 부재는 단방향 열변형 재료부를 포함하여 구성된 것이다. 본 발명에 의하면, 수시로 변하는 배터리팩 내의 셀 온도에 맞게 공기 유량 또는 흡열부피를 빠르게 조절하여 적절한 냉각이 이루어지도록 한다. 따라서, 셀 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있으며 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

셀 온도 상승 대응 능력이 개선된 배터리팩 및 그 제조방법{Battery pack of improved reaction capability to cell temperature rise and fabricating method for the same}
본 발명은 이차전지 단위 셀들을 적층한 모듈형 배터리팩 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변 냉각 장치를 포함함으로써 셀 온도 상승 대응 능력이 개선된 배터리팩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS), 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)의 동력원으로 사용되고 있다.
전기 자동차의 모터 구동 등과 같은 큰 전력을 필요로 하는 기기에는, 다수 개의 고출력 셀을 적층해 직렬로 연결하여 구성되는 대용량의 모듈형 배터리팩이 사용되는 것이 일반적이다. 예컨대, HEV용 배터리팩의 경우 수 개에서 많게는 수십 개의 셀이 충전과 방전을 번갈아가면서 수행하게 됨에 따라 이러한 충·방전 등을 제어하여 배터리팩이 적정한 동작 상태로 유지되도록 관리할 필요성이 있다.
특히, 이차전지가 작동하는 동안 발생하는 열은 이차전지의 온도를 상승시켜, 열을 효율적으로 냉각시키지 않으면 이차전지의 수명이 짧아지고 오작동을 일으키는 등 안정성이 크게 저하되는 문제가 있어, 냉각은 이차전지를 포함하는 배터리팩의 제작에 있어서 무엇보다 중요한 과제이다.
배터리팩은 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 배터리팩을 구성할 수 있다. 적층된 셀들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉각수 또는 냉각 공기와 같은 냉매의 유로가 형성되는 구조로 이루어진다.
예를 들어 직접 공랭식 모듈의 경우, 셀과 셀 사이에 냉각 공기가 흐를 수 있는 유로가 있다. 일반적으로 냉각 공기를 제공하는 데에는 냉각팬(fan)이 이용된다. 배터리팩 내의 셀 온도는 작동 조건에 따라 수시로 변하지만 냉각 컨트롤은 냉각팬의 온/오프(on/off) 제어만을 통해 이루어지기 때문에 온도 변화, 특히 온도 상승에 대응하는 반응 속도가 매우 느리다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배터리팩 내의 셀 온도 상승 대응 능력이 개선된 배터리팩 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리팩은 다수의 셀들이 적층 구성된 셀 적층체; 및 적층된 셀들 사이에 위치하는 부재를 포함해 상기 셀들을 냉각하는 냉각 장치를 포함하고, 상기 부재는 단방향 열변형 재료부를 포함하여 구성된 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 부재는 상기 적층된 셀들 사이에 공기 유로를 제공하며, 상기 공기 유로는 상기 단방향 열변형 재료부 사이의 공간으로 정의된다. 이 경우, 상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창하여 상기 공기 유로의 높이를 증가시키는 것이거나, 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향에 수직한 방향으로 열수축하여 상기 공기 유로의 너비를 증가시키는 것일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 부재는 상기 셀들과 면접촉하여 흡열하는 냉각핀이며 상기 단방향 열변형 재료부로 이루어진다. 이 경우, 상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창함으로써 전도에 의한 열방출 경로의 단면적을 증가시키는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단방향 열변형 재료부는 플라스틱, 중합체, 올리고머, 이들의 파생물들, 또는 이들의 조합물들 중 어느 하나일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 단방향 열변형 재료부는 폴리에스테르 또는 이들의 파생물들을 포함한다.
다수의 셀들이 적층 구성된 셀 적층체; 및
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 이러한 배터리팩을 제조하는 방법도 제공한다. 이 배터리팩 제조방법에 의하면, 상기 부재를 단방향 열변형 재료부를 포함하도록 구성함으로써 상기 셀 온도 상승시 상기 단방향 열변형 재료부의 변형에 따라 냉각 장치를 가변시켜 상기 셀을 냉각하도록 할 수 있다.
이차전지는 충·방전을 통해 오랜 기간 사용되므로 사용기간뿐만 아니라 전지의 안정성이 큰 관심의 대상이다. 또한, 배터리팩은 충·방전 과정에서 고열이 발생하여 전지의 성능과 수명에 영향을 미치므로 적절한 냉각 시스템을 구성하여 냉각하는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면, 셀과 셀 사이에 단방향으로 열팽창 또는 열수축하는 물질을 삽입해 셀 온도 상승시 이 물질이 높이 방향으로 팽창하거나 너비 방향으로 수축하여 더 많은 냉각 공기가 유입될 수 있도록 하거나 흡열부피가 증가되도록 하고 셀 온도가 떨어지면 반대로 수축 또는 팽창되어 본래 상태로 돌아가게 한다.
이에 따라, 수시로 변하는 배터리팩 내의 셀 온도에 맞게 공기 유량 또는 흡열부피를 빠르게 조절하여 적절한 냉각이 이루어지도록 한다. 따라서, 셀 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있으며 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 냉각 장치가 가변적이어서 빠른 반응 속도로 공기 유량을 조절하거나 흡열부피를 조절할 수 있으므로 동일한 작동 조건에서 셀의 온도 변화 폭이 작아질 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체 부분만을 도시한 사시도이다
도 3은 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체의 적층 방향과 나란한 단면 중 두 개의 셀 부분만을 도시한 것으로, 단방향 열변형 재료부가 셀들의 적층 방향(y)을 따라 열팽창하는 경우의 예이다.
도 4는 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체의 적층 방향과 나란한 단면 중 두 개의 셀 부분만을 도시한 것으로, 단방향 열변형 재료부가 셀들의 적층 방향에 수직한 방향(x)을 따라 열수축하는 경우의 예이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩의 사시도이고, 도 6은 정면도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(100)은, 셀 적층체(30), 흡기덕트(40) 및 배기덕트(50)를 포함한다.
셀 적층체(30)은 다수의 셀(20)들이 적층하여 구성한다. 셀(20)은 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극조립체를 포함하며, 각 셀(20)의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드가 전기적으로 접속된 것일 수 있다.
상기 양극판의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 대안적으로, 상기 양극판은 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다. 나아가, 이차전지의 화학적 변화를 야기하지 않고 높은 도전성을 갖는 재질이라면 양극판으로 사용하는데 제한이 없다.
상기 양극판의 일부 영역에는 양극 탭이 구비되는데 양극 탭은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 양극판의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 접합하는 형태로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 양극 재료를 상기 양극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하여 양극 탭을 형성하여도 무방하다.
상기 양극판에 대응되는 음극판은 주로 구리 재질이 이용된다. 대안적으로, 음극판은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있고, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 음극판 또한 일부 영역에 음극 탭이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 접합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 양극 리드는 상기 양극판에 구비된 양극 탭에, 음극 리드는 상기 음극판에 구비된 음극 탭에 전기적으로 접속된다. 바람직하게, 상기 양극 리드 및 상기 음극 리드는 각각 복수의 양극 탭 및 복수의 음극 탭과 접합된다.
상기 양극판과 상기 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅되어 있다. 일 예로, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1 + zNi1 -x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤z≤1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이고, 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 활물질과 음극 활물질의 종류와 화학적 조성은 이차전지의 종류에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로 상기에서 열거한 구체적인 예는 하나의 예시에 불과하다는 것을 이해하여야 한다.
상기 분리막은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 상기 분리막은 다공성이 있는 고분자막, 예컨대 다공성 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체 등으로 이루어질 수 있다. 상기 분리막의 단면 또는 양면에는 무기 입자가 결착되어 있을 수 있다.
상기 무기 입자는 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자가 바람직하며, 10 이상의 유전율 상수를 가지며 밀도가 낮은 무기 입자가 더욱 바람직하다. 이는 전지내에서 이동하는 리튬 이온을 용이하게 전달할 수 있기 때문이다. 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT), Pb(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, HfO2, SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
도시한 바와 같이 셀(20)들 각각은 판상형이면서 인접한 전지에 대면하도록 적층 배열된다. 카트리지(25)들은 셀(20)들을 각각 고정하여 적층 구조를 형성한다.
상기 셀(20)은 파우치형 전지 조립체일 수 있다. 이 때, 셀(20)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면이 상기 셀(20)들을 각각 고정하여 셀 적층체를 형성하는 카트리지(25)들 사이에 고정될 수 있다.
흡기덕트(40)는 셀 적층체(30) 측면에 결합되고 외부로부터 유입된 냉각 공기가 셀(20)들 사이로 배출될 수 있도록 한다. 흡기덕트(40)는 냉각 공기가 유입되는 흡기구(45)에 일측이 연결되고 타측이 셀 적층체(30) 측면으로 개구된다. 그리고, 흡기덕트(40)는 흡기구(45)에서 멀어질수록 폭이 감소하도록 경사진 구조이다.
배기덕트(50)는 셀 적층체(30)의 다른 측면에 흡기덕트(40)와 대향되게 결합된다. 그리고, 셀(20)들 사이를 통과한 냉각 공기가 외부로 배출될 수 있도록 한다. 배기덕트(50)는 냉각 공기가 배출되는 배기구(55)에 일측이 연결되고 타측이 셀 적층체(30) 측으로 개구된다.
흡기덕트(40)와 배기덕트(50)는 이와 같이 셀 적층체(30)의 서로 대향되는 양쪽 측면에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 흡기구(45)와 배기구(55)를 각각 셀 적층체(30)의 서로 다른 면에 형성함으로써, 흡기구(45)로 흡기되어 상기 셀 적층체(30)을 거치며 복수 개의 셀(20)들을 냉각시킨 후 배기구(55)로 배기되는 냉각 공기가 다시 흡기구(45)로 무분별하게 혼입되는 것을 방지하기 위함이다. 냉각 공기가 흡기덕트(40)로 유입되는 방향과 배기덕트(50)로부터 배출되는 방향은 서로 동일한 Z 타입이라고 할 수 있다. 냉각 공기가 셀(20)들 사이를 통과하며 셀(20)들의 충·방전 과정에서 발생하는 열을 냉각하는 직접 공랭식 구조를 이룬다.
도 2는 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체 부분만을 도시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 셀 적층체(30)는 복수 개의 셀(20)들이 일정한 간격을 두고 전지면에 대하여 수직 방향으로 적층되고, 카트리지(25)들은 단방향 열변형 재료부(27)와 함께 셀(20)들 사이에 냉각 공기가 흐를 수 있도록 공기 유로(26)를 형성한다. 여기서, 단방향 열변형 재료부(27)는 적층된 셀(20)들 사이에 공기 유로(26)를 제공하며, 상기 공기 유로(26)는 상기 단방향 열변형 재료부(27) 사이의 공간으로 정의될 수 있다. 도시된 예에서는 전지면에 대하여 3 개의 공기 유로가 각 전지마다 형성된다. 카트리지(25)와 일체형으로 단방향 열변형 재료부(27)를 성형하여 카트리지(25)로 셀(20)들을 지지하는 동시에 셀(20)들 사이에 공기 유로(26)를 형성할 수 있다.
흡기구(45)는 셀 적층체(30)의 복수 개의 셀(20)들 사이에 형성되는 공기 유로(26)를 통과하는 냉각 공기의 유동 방향에 대해 수직으로 형성될 수 있다. 즉, 공기 유로(26)에 흡기구(45)가 가깝게 형성되며, 공기 유로(26)를 통과하는 냉각 공기의 유동 방향과 수직이 되도록 흡기구(45)가 형성되어, 흡기구(45)와 셀 적층체(30)를 연결하는 흡기덕트(40)의 길이가 짧으며 구부러지지 않도록 구성될 수 있다. 이는 흡기구(45)로 흡기되는 냉각 공기의 유동 저항을 줄일 수 있으며 공기 유로(26)로 냉각 공기의 흡기가 원활하게 이루어져 배터리팩(100)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배터리팩(100)은 적층된 셀(20)들 사이에 위치하는 열변형 재료부(27)를 포함해 상기 셀(20)들을 냉각하는 냉각 장치로서 흡기덕트(40) 및 배기덕트(50)를 포함하는 것이나, 냉각 장치의 예는 이것에만 한정되는 것이 아니고 다양한 구성이 가능하다.
도 3은 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체의 적층 방향과 나란한 단면 중 두 개의 셀 부분만을 도시한 것으로, 단방향 열변형 재료부(27)가 셀들의 적층 방향(y)을 따라 열팽창하는 경우의 예이다.
(a)와 같은 평상시 상태에서 셀 온도가 상승하면 단방향 열변형 재료부(27) 가 y방향으로 열팽창하여 (b)에서와 같이 단방향 열변형 재료부(27')가 되고, 공기 유로(26')는 (a)의 공기 유로(26)에 비하여 높이가 증가된다. 이와 같이 셀(20) 내부에 비정상적인 고온부가 형성되었을 때 단방향 열변형 재료부(27)의 변형에 의해 공기 유로(26)가 변형되어 흐르는 냉각 공기 양을 증가시킬 수 있으므로 온도 상승을 막을 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 배터리팩은 냉각 장치가 가변적이다.
도 4는 도 1의 배터리팩에서 셀 적층체의 적층 방향과 나란한 단면 중 두 개의 셀 부분만을 도시한 것으로, 단방향 열변형 재료부(27)가 셀들의 적층 방향에 수직한 방향(x)을 따라 열수축하는 경우의 예이다.
(a)와 같은 평상시 상태에서 셀 온도가 상승하면 단방향 열변형 재료부(27) 가 x방향으로 열수축하여 (b)에서와 같이 단방향 열변형 재료부(27")가 되고, 공기 유로(26")는 (a)의 공기 유로(26)에 비하여 너비가 증가된다. 이와 같이 셀(20) 내부에 비정상적인 고온부가 형성되었을 때 단방향 열변형 재료부(27)의 변형에 의해 공기 유로(26)가 변형되어 흐르는 냉각 공기 양을 증가시킬 수 있으므로 온도 상승을 막을 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 배터리팩은 냉각 장치가 가변적이다.
열변형은 가역적이어서 도 3(b)의 단방향 열변형 재료부(27')와 같이 팽창된 상태, 도 4(b)의 단방향 열변형 재료부(27")와 같이 수축된 상태도 온도 하강시에는 도 3(a) 및 도 4(a)처럼 평상시의 단방향 열변형 재료부(27)로 복귀된다.
단방향 열변형 재료부(27)는 플라스틱, 중합체, 올리고머, 이들의 파생물들, 또는 이들의 조합물들 중 어느 하나일 수 있다. 특히 도 4에서와 같이 단방향으로 열수축하는 재료는 폴리에스테르 또는 이들의 파생물들을 포함한다.
한편, 셀(20)은 셀(20)들 사이에 절연막을 개재시키면서 복수의 셀(20)을 단순 적층한 구조를 가질 수도 있다. 다른 예로, 셀(20)은 절연막의 상부 및/또는 하부에 셀(20)을 적절한 간격으로 배열한 후 절연막을 셀(20)과 함께 한쪽 방향으로 폴딩하여 폴딩된 절연막 사이 사이에 셀(20)이 삽입되어 있는 스택 폴딩 구조를 가질 수 있다. 이 경우에는 카트리지(25)와는 별개로 단방향 열변형 재료부(27)를 셀(20)들 사이에 개재하여 공기 유로(26)를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩의 사시도이고, 도 6은 정면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 배터리팩(200)은 다수의 셀(120)들이 적층된 셀 적층체(130) 일측에 히트싱크(150)를 배치하여 적층된 셀(120)들 사이의 열을 제거하도록 하는데, 히트싱크(150)에는 냉각수의 유로(160)가 형성되어 있다.
셀(120)은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 셀(120)에 대면하도록 적층 배열되어 셀 적층체(130)를 형성하고 있을 수 있다.
히트싱크(150)는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 히트싱크(150)는 내부에 유로(160)를 포함하는 중공구조이다. 히트싱크(150) 내부 유로(160)에 흐르는 냉매는 유로(160)에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한은 없으며, 기체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물일 수 있다. 그러나 이것에 한정하지 않고, 흐름이 발생하는 것이면, 부동액, 가스 냉매, 공기 등이어도 좋다.
셀(120)들 사이에는 상기 셀(120)들과 면접촉하여 흡열하는 냉각핀(127)을 더 포함하고, 히트싱크(150)는 냉각핀(127)으로부터 전도된 열을 방열하도록 냉각핀(127)과 연결되어 있다.
냉각핀(127)은 양면이 셀(120)들에 각각 밀착된 상태로 셀(120)들 사이에 개재되어 있고, 히트싱크(150)에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있다. 즉, 셀(120)들 사이에 냉각핀(127)을 개재하였을 때, 냉각핀(127)이 히트싱크(150)에 면접촉하고 있으므로, 열전도에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다. 도시한 냉각핀(127)은 수직단면상 "T"자형인데 절곡 방향에 따라서는 "ㄱ"자형이 될 수도 있다.
냉각핀(127)은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 단방향 열변형 재료부(27)로 이루어진다. 상기 셀(120)들의 온도 상승시 상기 셀(120)들의 적층 방향(y)을 따라 열팽창함으로써 전도에 의한 열방출 경로의 단면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 평상시 상태에서 셀 온도가 상승하면 냉각핀(127)이 y방향으로 열팽창하여 흡열부피가 증가되면 보다 빠르게 열전달이 가능해져 냉각이 이루어지므로 온도 상승을 막을 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 배터리팩은 냉각 장치가 가변적이다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배터리팩(200)은 적층된 셀(120)들 사이에 위치하는 열변형 재료부로 이루어진 냉각핀(127)을 포함해 상기 셀(120)들을 냉각하는 냉각 장치로서 히트싱크(150)를 포함하는 것이나, 냉각 장치의 예는 이것에만 한정되는 것이 아니고 다양한 구성이 가능하다.
상기 배터리팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 배터리모듈을 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 배터리팩을 전원으로 포함하는 디바이스 제공에 이용될 수 있고, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치일 수 있다. 이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
20, 120...셀 25...카트리지
30, 130...셀 적층체 40...흡기덕트
50...배기덕트 45...흡기구
55...배기구 100, 200..배터리팩
127…냉각핀 150…히트싱크

Claims (14)

  1. 다수의 셀들이 적층 구성된 셀 적층체; 및
    적층된 셀들 사이에 위치하는 부재를 포함해 상기 셀들을 냉각하는 냉각 장치를 포함하고,
    상기 부재는 단방향 열변형 재료부를 포함하여 구성된 것인 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부재는 상기 적층된 셀들 사이에 공기 유로를 제공하며, 상기 공기 유로는 상기 단방향 열변형 재료부 사이의 공간으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창하여 상기 공기 유로의 높이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향에 수직한 방향으로 열수축하여 상기 공기 유로의 너비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부재는 상기 셀들과 면접촉하여 흡열하는 냉각핀이며 상기 단방향 열변형 재료부로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창함으로써 전도에 의한 열방출 경로의 단면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 플라스틱, 중합체, 올리고머, 이들의 파생물들, 또는 이들의 조합물들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  8. 다수의 셀들이 적층 구성된 셀 적층체; 및
    적층된 셀들 사이에 위치하는 부재를 포함해 상기 셀들을 냉각하는 냉각 장치를 포함하여 배터리팩을 제조하고,
    상기 부재는 단방향 열변형 재료부를 포함하도록 구성함으로써 상기 셀 온도 상승시 상기 단방향 열변형 재료부의 변형에 따라 냉각 장치를 가변시켜 상기 셀을 냉각하도록 하는 배터리팩 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부재는 상기 적층된 셀들 사이에 공기 유로를 제공하며, 상기 공기 유로는 상기 단방향 열변형 재료부 사이의 공간으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창하여 상기 공기 유로의 높이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향에 수직한 방향으로 열수축하여 상기 공기 유로의 너비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 부재는 상기 셀들과 면접촉하여 흡열하는 냉각핀이며 상기 단방향 열변형 재료부로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 상기 셀들의 온도 상승시 상기 셀들의 적층 방향을 따라 열팽창함으로써 전도에 의한 열방출 경로의 단면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 단방향 열변형 재료부는 플라스틱, 중합체, 올리고머, 이들의 파생물들, 또는 이들의 조합물들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리팩 제조 방법.
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