KR20160097733A - Electrochemical device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrochemical element and, more specifically, to an electrochemical element having a new structure of adjusting the horizontally shortest distance from any one point inside a battery to the outside in which a refrigerant circulates to a constant distance. According to the present invention, in the electrochemical element, a horizontal distance from any one point therein to the outside in which the refrigerant circulates is adjusted to be within a certain distance, thereby releasing heat generated therein more effectively. Therefore, the electrochemical element has excellent lifespan characteristics and stability.

Description

전기화학 소자{ELECTROCHEMICAL DEVICE}ELECTROCHEMICAL DEVICE

본 발명은 전기화학 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부의 임의의 한 지점에서 냉매가 순환하는 외부까지의 최단 수평 거리가 일정 거리로 조절되는 새로운 구조의 전기화학 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical device, and more particularly, to an electrochemical device having a novel structure in which a shortest horizontal distance from an arbitrary one point to the outside of a circulating refrigerant is controlled to a predetermined distance.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices.

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.In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.

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.In a small mobile device, one or two or more battery cells are used per device, while a middle- or large-sized battery module such as an automobile is used as a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected due to the necessity of a large-

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 제조 비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.Since the middle- or large-sized battery module is preferably manufactured in a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, or the like, which can be charged with a high degree of integration and has a small weight to capacity, is mainly used as a battery cell have. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.

이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다.Since the battery cells constituting such a middle- or large-sized battery module are constituted by a rechargeable secondary battery, such a high-output large-capacity secondary battery generates a large amount of heat in the charging and discharging process. If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation may occur, thereby accelerating the deterioration of the battery module and possibly causing ignition or explosion.

또한, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조되며, 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.In addition, the battery module mounted on the middle- or large-sized battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of battery cells at a high density, and adjacent battery cells are stacked at a predetermined interval so as to remove heat generated during charging and discharging . For example, the battery cells themselves may be sequentially stacked while being spaced apart from each other by a predetermined space, or in the case of a battery cell having low mechanical rigidity, one or a combination of two or more batteries may be built in a cartridge or the like. The battery module can be configured.

이러한 방식의 전지모듈에서는 전지셀 적층체 중간에 위치하는 전지셀의 냉각이 제대로 이루어지지 않을 경우, 최외측 전지셀에 비해 열화가 빨리 진행될 수 있다. 이러한 전지셀들의 균일하지 못한 열화 속도는 전체 전지모듈의 수명 저하를 초래하고, 안전성 측면에서도 바람직하지 못하다.In this type of battery module, if the battery cells located in the middle of the battery cell stack are not properly cooled, the deterioration can proceed faster than the outermost battery cells. Uneven degradation rate of such battery cells leads to deterioration of the life of the entire battery module, and is unsuitable from the standpoint of safety.

이를 위해 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진 별도의 냉각 시스템을 내장시키는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다.To this end, a method of incorporating a separate cooling system having a structure in which the coolant flow path is formed between the battery cells or the battery modules so as to effectively remove accumulated heat between the stacked battery cells or the battery modules However, this structure has a problem that the entire size of the battery module is increased because a plurality of refrigerant flow paths must be secured corresponding to a plurality of battery cells.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 내부의 임의의 한 지점에서 냉매가 순환하는 외부까지의 최단 거리가 일정 거리로 조절되는 새로운 구조의 전기화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a new structure of an electrochemical device in which the shortest distance from a certain point in the interior to the outside where the refrigerant circulates is adjusted to a certain distance.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems

최외각을 이루는 단면의 반지름이 L 이고, 내부 단면의 한 지점에서 전기화학 소자의 외부까지의 최단 거리 D가 아래 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전기화학 소자를 제공한다. And the shortest distance D from the one end of the internal section to the outside of the electrochemical device satisfies the following relational expression.

[관계식 1] 0≤ D ≤ L/2 [Relational expression 1] 0? D? L / 2

본 발명에 의한 전기화학 소자는 내부를 관통하는 반지름이 r 인 중공을 포함하는 것을 특징으로 한다. The electrochemical device according to the present invention includes a hollow having a radius of r passing through the inside thereof.

본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 중공은 상기 전기화학 소자의 단면과 동심원 관계인 것을 특징으로 한다. In the electrochemical device according to the present invention, the hollow is concentric with the cross section of the electrochemical device.

본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 중공의 단면 반지름 r 과 최외각을 이루는 단면의 반지름 L 과는 아래 관계식 2 를 만족하고, r 은 최소 1mm 인 것을 특징으로 한다. In the electrochemical device according to the present invention, the radius L of the cross section forming the outermost angle with the hollow section radius r satisfies the following relational expression 2, and r is at least 1 mm.

[관계식 2] r ≤ L/2 [Relation 2] r? L / 2

본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 최외각을 이루는 단면은 원형, 사각형, 삼각형 및 다각형으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. In the electrochemical device according to the present invention, the outermost cross-section may be any one selected from the group consisting of a circle, a rectangle, a triangle, and a polygon.

본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 중공에는 냉매가 순환하는 것을 특징으로 한다.In the electrochemical device according to the present invention, the refrigerant circulates in the hollow.

본 발명에 의한 전기화학 소자는 내부의 임의의 지점에서 냉매가 순환되는 외부까지의 거리가 일정 거리 내로 조절됨으로써 내부에서 발생되는 열을 좀더 효율적으로 방출되어 수명 특성과 안전성이 우수하다.The electrochemical device according to the present invention is excellent in lifetime characteristics and safety because the distance from the inside of the electrochemical device to the outside where the refrigerant is circulated is controlled within a certain distance, thereby releasing the heat generated therein more efficiently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 절단부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기화학 소자의 사시도이다.
도 4는 도 3의 B-B'선에 따른 절단부 단면도이다.1 is a perspective view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along a line A-A 'in Fig.
3 is a perspective view of an electrochemical device according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along a line B-B 'in Fig.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학 소자의 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 절단부 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG.

본 발명에 의한 전기화학 소자는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중심부 에서 최외곽까지의 최단거리가 L이고, 내부에 반지름이 r 인 중공(21)을 포함하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the electrochemical device according to the present invention is characterized in that the shortest distance from the central portion to the outermost portion is L, and the hollow portion 21 has an inside radius r.

구체적으로, 본 발명에 의한 전기화학 소자는 중심부에서 외주면까지의 최단거리가 L인 외부 케이스(10)와, 내부에 반지름이 r인 중공(21)이 형성되어 있는 내부 케이스(20)와, 외부 케이스(10)와 내부 케이스(20) 사이에 권취되어 있는 젤리롤(30)을 포함하여 이루어진다. Specifically, the electrochemical device according to the present invention includes an outer case 10 having a shortest distance from the center to an outer circumferential surface, an inner case 20 having a hollow 21 formed therein with a radius r, And a jelly roll (30) wound between the case (10) and the inner case (20).

상기 외부 케이스(10)의 외주면 및 상기 중공(21)의 내부로는 전기화학 소자의 냉각을 위한 냉매가 순환한다.A coolant for cooling the electrochemical device circulates to the outer circumferential surface of the outer case (10) and the hollow (21).

또한, 상기 젤리롤(30)은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극사이에 분리막이 개재된 와인딩형 전극조립체로서 이미 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The jelly roll 30 is already known as a winding type electrode assembly in which a separation membrane is interposed between a long sheet-like anode coated with an active material and a cathode, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이러한 본 발명에 의한 전기화학 소자는 젤리롤(30)이 위치하는 내부 케이스(10)와 외부 케이스(20) 사이의 임의의 지점 P에서 냉매가 순환하는 외부까지의 최단거리를 D라고 할 때, D는 아래와 같은 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 한다. In the electrochemical device according to the present invention, when the shortest distance from the arbitrary point P between the inner case 10 and the outer case 20 where the jelly roll 30 is located to the outside where the refrigerant circulates is D, D is characterized by satisfying the following relational expression.

[관계식 1] D≤L/2 [Relational expression 1] D? L / 2

여기서, D는 임의의 지점 P에서 외부까지의 최단거리이므로 P가 중심부에서 어느 정도 떨어진 위치에 있는지에 따라 D는 P의 위치에서 외부 케이스(10)의 외주면까지의 거리 또는 내부 케이스(20)의 내주면까지의 거리를 나타낸다. Since D is the shortest distance from the arbitrary point P to the outside, D is the distance from the position of P to the outer circumferential surface of the outer case 10 or the distance from the center of the inner case 20 Indicates the distance to the inner circumference.

즉, 도 2와 같이 임의의 지점 P1이 중심부에서 L/2 이상 떨어진 위치에 있을 때에는 P1에서 외부까지의 최단거리 D는 자연히 외부 케이스(10)의 외주면까지의 거리 D1이 되고, 임의의 지점 P2가 중심부에서 L/2 이하 떨어진 위치에 있을 때에는 P2에서 외부까지의 최단거리 D는 자연히 내부 케이스(20)의 내주면까지의 거리 D2가 된다.2, the shortest distance D from P1 to the outside is naturally the distance D1 to the outer circumferential surface of the outer case 10, and when the arbitrary point P1 is located at a distance L / 2 or more from the center, The distance D from the point P2 to the outside becomes the distance D2 to the inner circumferential surface of the inner case 20 naturally.

한편, 본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 중공(21)은 상기 전기화학 소자의 단면과 동심원 관계인 것이 바람직하다. 동심원 관계가 아닐 경우 전체적으로 비대칭이 되어 충방전 과정에서 축적되는 열이 오히려 발열이 안될 수 있다. On the other hand, in the electrochemical device according to the present invention, it is preferable that the hollow 21 is concentric with the cross section of the electrochemical device. If it is not a concentric circle relationship, the heat as a whole may become asymmetric and accumulated during the charging and discharging process may not cause a fever.

또한, 본 발명에 의한 전기화학 소자에 있어서, 상기 중공(21)의 반지름 r 과 중심부에서 외부 케이스(10)의 외주면까지의 최단거리 L 과는 아래 관계식 2를 만족하고, 중공(21)의 반지름 r 은 1 mm 이상임이 바람직하다. In the electrochemical device according to the present invention, the radius r of the hollow 21 and the shortest distance L from the center to the outer circumferential surface of the outer case 10 satisfy the following relational expression 2, and the radius of the hollow 21 r is preferably at least 1 mm.

[관계식 2] r ≤ L/2 [Relation 2] r? L / 2

상기 중공(21)의 반지름 r 이 1 mm 미만일 경우 중공(21)을 통한 내부 발열 효과 및 유로 형성 효과가 미비하게 되고, 상기 중공(21)의 반지름 r 이 L/2 보다 클 경우 동일 단면적 내에서 중공(21)의 비율이 커짐에 따라 젤리롤(30)을 수용할 공간이 감소하게 되어 전지 용량을 증가시키지 못하게 된다. If the radius r of the hollow 21 is less than 1 mm, the internal heating effect and the flow path forming effect through the hollow 21 are insufficient. If the radius r of the hollow 21 is larger than L / 2, As the ratio of the hollows 21 is increased, the space for accommodating the jelly rolls 30 is reduced, so that the battery capacity can not be increased.

이러한 본 발명에 의한 전기화학 소자는 내부에 중공(21)을 포함하기만 하면 되고 구체적인 구성 등은 특별히 한정되지 않는다. 일예로, 본 발명에 의한 전기화학 소자는 도 1과 같이 내부에 중공(21)이 형성되어 있는 원통형 구조를 이룰 수 있다. 이 경우, 외부 케이스(10)는 도 2와 같이 원형 단면을 가지므로 상기 거리 L은 외부 케이스(10)의 외경을 나타낸다. The electrochemical device according to the present invention needs only to include the hollow 21 therein, and the specific configuration and the like are not particularly limited. For example, the electrochemical device according to the present invention may have a cylindrical structure in which a hollow 21 is formed as shown in FIG. In this case, since the outer case 10 has a circular cross-section as shown in Fig. 2, the distance L represents the outer diameter of the outer case 10.

물론, 본 발명에 의한 전기화학 소자의 외부 케이스(10)의 단면은 원형뿐만 아니라, 사각형, 삼각형 및 다각형으로 이루어진 그룹에서 자유롭게 선택될 수 있다Of course, the cross section of the outer case 10 of the electrochemical device according to the present invention can be freely selected from a group consisting of a circle, a square, a triangle and a polygon

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기화학 소자의 사시도이며, 도 4는 도 3의 B-B'선에 따른 절단부 단면도이다. FIG. 3 is a perspective view of an electrochemical device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG.

즉, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기화학 소자는 단면이 사각형인 외부 케이스(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the electrochemical device according to another embodiment of the present invention may include an outer case 40 having a rectangular cross section.

이 경우에도, 전기화학 소자의 중심부에서 최외각까지의 최단거리 즉, 중심부에서 외부 케이스(40)의 외주면까지의 최단거리가 L이고, 젤리롤(30)이 위치하는 내부 케이스(10)와 외부 케이스(40) 사이의 임의의 지점 P에서 외부까지의 최단거리를 D라고 할 때, D는 아래와 같은 관계식을 만족시킨다. Even in this case, the shortest distance from the central portion to the outermost edge of the electrochemical device, that is, the shortest distance from the central portion to the outer peripheral surface of the outer case 40 is L, and the inner case 10, in which the jelly roll 30 is located, When the shortest distance from an arbitrary point P to the outside between the cases 40 is D, D satisfies the following relationship.

[관계식 1] D≤L/2 [Relational expression 1] D? L / 2

여기서, 이미 설명한 바와 같이 D는 임의의 지점 P에서 외부까지의 최단거리이므로 P가 중심부에서 어느 정도 떨어진 위치에 있는지에 따라 D는 P의 위치에서 외부 케이스(40)의 외주면까지의 최단거리 또는 내부 케이스(20)의 내주면까지의 최단거리를 나타낸다. Since D is the shortest distance from the arbitrary point P to the outside as described above, D is the shortest distance from the position of P to the outer circumferential surface of the outer case 40, Represents the shortest distance to the inner circumferential surface of the case 20.

즉, 도 4와 같이 임의의 지점 P3가 중심부에서 L/2 이상 떨어진 위치에 있을 때에는 P3에서 외부까지의 최단거리 D는 외부 케이스(40)의 외주면까지의 거리 D3가 되고, 임의의 지점 P4가 중심부에서 L/2 이하 떨어진 위치에 있을 때에는 P2에서 외부까지의 최단거리 D는 내부 케이스(20)의 내주면까지의 거리 D4가 된다.4, when the arbitrary point P3 is located at a distance of L / 2 or more from the center, the shortest distance D from P3 to the outside becomes the distance D3 to the outer circumferential surface of the outer case 40, When the distance is less than L / 2 from the center, the shortest distance D from P2 to the outside becomes the distance D4 to the inner circumferential surface of the inner case 20.

또한, 외부 케이스(40)가 사각 단면을 가지는 경우에도 상기 중공(21)의 반지름 r 과 중심부에서 외부 케이스(10)의 외주면까지의 최단거리 L 과는 상기 관계식 2를 만족하고, 중공(21)의 반지름 r 은 1 mm 이상으로 형성됨은 물론이다. Even when the outer case 40 has a rectangular cross section, the radius r of the hollow 21 and the shortest distance L from the center to the outer circumferential surface of the outer case 10 satisfy the relationship (2) It is a matter of course that the radius " r "

10,40: 외부 케이스 20: 내부 케이스
21: 중공 30: 젤리롤
r: 중공의 반지금 10, 40: outer case 20: inner case
21: hollow 30: jelly roll
r: Half of the hollow now

Claims (5)

중심부에서 외주면까지의 최단거리가 L인 외부 케이스; 그리고,
내부에 반지름이 r인 중공이 형성되어 있는 내부 케이스를 포함하며,
상기 내부 케이스와 외부 케이스 사이의 임의의 지점에서 외부까지의 최단거리 D가 아래와 같은 관계식을 만족시키는 것을 특징하는 전기화학 소자.
[관계식 1] D≤L/2 An outer case having a shortest distance L from the central portion to the outer peripheral surface; And,
And an inner case having a hollow having a radius of r formed therein,
Wherein the shortest distance D from an arbitrary point between the inner case and the outer case to the outside satisfies the following relationship.
[Relational expression 1] D? L / 2 제 1 항에 있어서,
상기 중공의 반지름 r은 최소 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 전기화학 소자.The method according to claim 1,
Wherein the hollow radius r is at least 1 mm. 제 2 항에 있어서,
상기 중공은 상기 외부 케이스의 단면과 동심원 관계인 것을 특징으로 하는 전기화학 소자.3. The method of claim 2,
Wherein the hollow is concentric with a cross section of the outer case. 제 1 항에 있어서,
상기 중공의 반지름 r 과 상기 L 과는 아래 관계식 2 를 만족시키는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자.
[관계식 2] r ≤ L/2 The method according to claim 1,
And the radius " r " of the hollow and the " L " satisfy the following relational expression (2).
[Relation 2] r? L / 2 제 1 항에 있어서,
상기 외부 케이스의 단면은 원형, 사각형, 삼각형 및 다각형으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자.


The method according to claim 1,
Wherein the cross-section of the outer case has a cross-sectional shape selected from the group consisting of a circle, a rectangle, a triangle, and a polygon.


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