KR20160112435A

KR20160112435A - 전지 팩

Info

Publication number: KR20160112435A
Application number: KR1020150038178A
Authority: KR
Inventors: 류재림
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-09-28

Abstract

본 발명에서는 전지 팩의 일 영역에 PCM 부재가 포함됨으로써 외부의 열이 이차 전지 내로 침투하는 것을 차단할 수 있는 전지 팩이 개시된다.
일 예로, 제 1 영역 및 상기 제 1 영역의 일면에 위치한 제 2 영역을 포함하는 외장 케이스; 상기 제 1 영역의 수용부에 수용되는 적어도 하나의 이차 전지; 및 상기 제 2 영역의 수용홈에 수용되며, PCM(Phase Change Material)과 PCM 케이스를 포함하는 PCM 부재를 포함하는 전지 팩이 개시된다.

Description

전지 팩 {Battery Pack}

본 발명은 전지 팩에 관한 것이다.

이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.

본 발명은 전지 팩의 일 영역에 PCM 부재가 포함됨으로써 외부의 열이 이차 전지 내로 침투하는 것을 차단할 수 있는 전지 팩을 제공한다.

본 발명에 따른 전지 팩은 제 1 영역 및 상기 제 1 영역의 일면에 위치한 제 2 영역을 포함하는 외장 케이스; 상기 제 1 영역의 수용부에 수용되는 적어도 하나의 이차 전지; 및 상기 제 2 영역의 수용홈에 수용되며, PCM(Phase Change Material)과 PCM 케이스를 포함하는 PCM 부재를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 하면에 위치할 수 있다.

그리고 상기 수용홈은 상기 제 2 영역의 하면으로부터 내부를 향하여 기설정된 깊이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 PCM 부재는 상기 제 2 영역의 하면을 통해 일면이 외부로 노출될 수 있다.

또한, 상기 수용홈에는 접착 부재가 형성되어 상기 PCM 부재를 상기 제 2 영역에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 PCM 케이스는 그 하면으로부터 평행하게 연장되는 결합부를 포함하고, 상기 제 2 영역의 하면에는 상기 결합부와 대응되는 결합홈이 형성되며, 상기 결합부 및 결합홈에는 볼트 체결을 위한 홀이 형성되어 서로 결합될 수 있다.

또한, 상기 PCM 케이스는 그 측면으로부터 돌출된 슬라이딩 돌기를 포함하고, 상기 수용홈의 내측면에는 상기 결합 돌기와 대응되는 슬라이딩 홈이 형성되며, 상기 PCM 부재는 슬라이딩 방식에 의해 상기 슬라이딩 돌기가 슬라이딩 홈으로 삽입됨으로써 제 2 영역에 결합될 수 있다.

또한, 상기 PCM 케이스는 알루미늄 또는 구리의 금속 재질, 열전달이 우수한 폴리머 수지 또는 세라믹 재질 중 선택된 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 PCM 케이스는 스티로폼, 석고 또는 유리 섬유 중 선택된 하나를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 전지 팩은 일 영역에 PCM 부재가 포함됨으로써 외부의 열이 이차 전지 내로 침투하는 것을 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 이차 전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 이차 전지의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩(100)은 외장 케이스(110), 이차 전지(200) 및 PCM 부재(300)를 포함한다.

상기 외장 케이스(110)는 이차 전지(200)를 수용하는 제 1 영역(120) 및 PCM 부재(300)를 수용하는 제 2 영역(130)을 포함한다. 이 때, 상기 제 1 영역(120) 및 제 2 영역(130)은 일체로 형성될 수 있으며, 각각 별개의 구성으로 형성되어 서로 결합된 것일 수도 있다. 상기 외장 케이스(110)는 상기 이차 전지(200)와 전기적으로 절연되기 위하여 절연성 물질로 형성되거나 내면이 절연 코팅층으로 형성될 수 있다.

상기 제 1 영역(120)은 내부에 수용부(121)를 포함하여 다수의 이차 전지(200)를 수용한다. 상기 제 1 영역(120)은 상기 제 2 영역(130)과 접촉하는 영역을 제외한 면들 중 선택된 하나에 개구(미도시)가 형성되어 이차 전지(200)를 수용할 수 있다. 그리고 제 1 영역(120)의 수용부(121)에 이차 전지(200)를 수납한 이후 상기 개구는 밀폐될 수 있다.

상기 제 2 영역(130)은 상기 제 1 영역(120)의 일면에 위치한다. 보다 바람직하게는, 상기 제 2 영역(130)은 상기 제 1 영역(120)의 하부에 위치한다. 또한, 상기 제 2 영역(130)은 하면으로부터 소정 깊이 파인 수용홈(131)을 포함한다. 상기 수용홈(131)에는 상기 PCM 부재(300)가 수용될 수 있다. 상기 PCM 부재(300)가 상기 외장 케이스(110)의 일 영역에 위치함으로써, 상기 외장 케이스(110)로 유입되는 복사열이 차단될 수 있다. 특히, 상기 PCM 부재(300)는 상기 제 2 영역(130)의 하면을 통해 외부로 노출되므로, 외부의 열을 보다 용이하게 흡수하여 외장 케이스(110)의 단열 효과가 향상될 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 자세히 설명하도록 한다.

상기 이차 전지(200)는 상기 제 1 영역(120)의 수용부(121)에 수용된다. 이 때, 상기 이차 전지(200)는 다수개로 구비되어 상기 제 1 영역(120)에 수용될 수 있다. 또한, 상기 다수의 이차 전지(200)는, 도시되지는 않았지만 버스 바에 의하여 전기적으로 연결된다.

상기 이차 전지(200)는 전극 조립체(210), 제 1 단자(220), 제 2 단자(230), 케이스(240) 및 캡 조립체(250)를 포함한다.

상기 전극 조립체(210)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(211), 세퍼레이터(213), 제 2 전극판(212)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(211)은 음극 역할을 할 수 있으며, 상기 제 2 전극판(212)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.

상기 제 1 전극판(211)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 1 전극판(211)은 제 1 전극 활물질이 도포된 영역인 제 1 전극 활물질층(211a) 및 제 1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(211b)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(211b)는 제 1 전극판(211)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 1 전극판(211)의 재질이 한정되지 않는다.

상기 제 2 전극판(212)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 2 전극판(212)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 2 전극 활물질층 및 제 2 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 전극 무지부(212b)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(212b)는 제 2 전극판(212)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 2 전극판(212)의 재질이 한정되지 않는다.

상기와 같은 제 1 전극판(211) 및 제 2 전극판(212)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.

상기 세퍼레이터(213)는 상기 제 1 전극판(211)과 제 2 전극판(212) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(213)의 재질이 한정되지 않는다.

이러한 전극 조립체(210)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(240)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.

상기 제 1 단자(220)는 금속으로 형성되며, 상기 제 1 전극판(211)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단자(220)는 제 1 단자 기둥(221) 및 제 1 단자 플레이트(222)를 포함한다.

상기 제 1 단자 기둥(221)은 후술되는 캡 플레이트(251)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 1 단자 기둥(221)은 상기 캡 플레이트(251)의 하부에서 상기 제 1 전극 무지부(211b)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단자 기둥(221)은 상기 캡 플레이트(251)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 상기 캡 플레이트(251)의 하부에서는 상기 제 1 단자 기둥(221)이 캡 플레이트(251)로부터 빠지지 않도록 플랜지(221a)가 형성된다. 한편, 상기 제 1 단자 기둥(221)은 상기 캡 플레이트(251)와 전기적으로 절연된다. 이러한 상기 제 1 단자 기둥(221)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제 1 단자 기둥(221)이 한정되지 않는다.

상기 제 1 단자 플레이트(222)는 그 중앙에 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 1 단자 기둥(221)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(221)과 상기 제 1 단자 플레이트(222)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(221)과 제 1 단자 플레이트(222)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.

상술한 바와 같이, 상기 제 1 단자 기둥(221)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 제 1 단자 플레이트(222) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 따라서, 상기 제 1 단자 기둥(221)과 상기 제 1 단자 플레이트(222) 사이의 용접이 용이하게 수행될 뿐만 아니라 용접 품질도 우수하다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제 1 단자 기둥(221) 및 제 1 단자 플레이트(222)가 한정되지 않는다. 더불어, 상기 제 1 단자 플레이트(222)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음) 역시 용이하게 용접된다.

상기 제 2 단자(230) 역시 금속으로 형성되며, 상기 제 2 전극판(212)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 단자(230)는 제 2 단자 기둥(231) 및 제 2 단자 플레이트(232)를 포함한다.

상기 제 2 단자 기둥(231)은 후술되는 캡 플레이트(251)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 2 단자 기둥(231)은 상기 캡 플레이트(251)의 하부에서 상기 제 2 전극 무지부(212b)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 단자 기둥(231)은 상기 캡 플레이트(251)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 상기 캡 플레이트(251)의 하부에는 상기 제 2 단자 기둥(231)이 캡 플레이트(251)로부터 빠지지 않도록 플랜지(231a)가 형성된다. 한편, 상기 제 2 단자 기둥(231)은 상기 캡 플레이트(251)와 전기적으로 절연된다. 이러한 상기 제 2 단자 기둥(231)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제 2 단자 기둥(231)이 한정되지 않는다.

상기 제 2 단자 플레이트(232)는 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 2 단자 기둥(231)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(231)과 제 2 단자 플레이트(232)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(231)과 제 2 단자플레이트(232)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.

상술한 바와 같이, 상기 제 2 단자 기둥(231)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 제 2 단자 플레이트(232) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 따라서, 상기 제 2 단자 기둥(231)과 상기 제 2 단자 플레이트(232) 사이의 용접이 용이하게 수행될 뿐만 아니라 용접 품질도 우수하다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제 2 단자 기둥(231) 및 제 2 단자 플레이트(232)가 한정되지 않는다.

더불어, 제 2 단자 플레이트(232)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용이하게 용접된다. 여기서, 상기 제 2 단자 플레이트(231)는 캡 플레이트(251)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 캡 플레이트(251) 및 케이스(240)는 상기 제 2 단자(230)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.

한편, 상기 전극 조립체(210)가 갖는 권취 축은 상기 제 1 단자(220)의 제 1 단자 기둥(221)이 갖는 단자 축 및 상기 제 2 단자(230)의 제 2 단자 기둥(231)이 갖는 단자 축에 대략 평행 또는 대략 수평하게 형성된다. 여기서, 권취 축 및 단자 축은 도 3에서 상하 방향으로 형성된 축을 의미하며, 권취 축 및 단자 축이 대략 평행 또는 수평하다는 것은 권취 축 및 단자 축을 길게 늘여도 서로 만나지 않거나, 또는 아주 길게 늘일 경우 서로 만날 수 있음을 의미한다.

또한, 상기 전극 조립체(210)와 제 1 단자(220)의 제 1 단자 기둥(221) 사이에는 제 1 전극 탭(211b)이 개재되고, 상기 전극 조립체(210)와 제 2 단자(230)의 제 2 단자 기둥(231) 사이에는 제 2 전극 탭(232b)이 개재된다. 즉, 상기 제 1 전극 탭(211b)은 상기 전극 조립체(210)의 상단으로부터 상기 제 1 단자(220)중 제 1 단자 기둥(221)의 하단을 향하여 연장되어, 상기 제 1 단자 기둥(221)에 구비된 평평한 플랜지(221a)에 전기적으로 접속 또는 용접된다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(212b)은 상기 전극 조립체(210)의 상단으로부터 상기 제 2 단자(230)중 제 2 단자 기둥(231)의 하단을 향하여 연장되어, 상기 제 2 단자 기둥(231)에 구비된 평평한 플랜지(231a)에 전기적으로 접속 또는 용접된다.

실질적으로, 상기 제 1 전극 탭(211b)은 상기 전극 조립체(210)의 제 1 전극판(211) 중 제 1 활물질(211a)이 도포되지 않은 제 1 무지부 자체이거나, 또는 제 1 무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 무지부의 재질은 제 1 전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.

또한, 실질적으로, 상기 제 2 전극 탭(212b)은 상기 전극 조립체(210)의 제 2 전극판(212) 중 제 2 활물질(미도시)이 도포되지 않은 제 2 무지부 자체이거나, 또는 상기 제 2 무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서, 상기 제 2 무지부의 재질은 제 2 전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.

이와 같이, 상기 전극 조립체(210)가 갖는 권취 축과 상기 제 1, 2 단자(220, 230)가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트로 신속하게 이동하여 안전벤트가 빠르게 동작한다.

또한, 상기 전극 조립체(210)가 갖는 전극 탭(211b, 212b, 무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 이차 전지의 내부 저항이 감소할 뿐만 아니라 부품 개수가 감소한다.

이와 같이, 본 발명에서는 전극 조립체에 구비된 전극 탭이 단자에 직접 전기적으로 접속됨으로써, 전극 조립체와 단자 사이의 전기적 접속 공정이 간단할 뿐만 아니라, 부품 개수도 감소한다.

상기 케이스(240)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(210), 제 1 단자(220) 및 제 2 단자(230)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 케이스(240)는 상호 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 두 쌍의 측변부와 상기 두 쌍의 측변부의 하부에 이들과 수직으로 형성된 바닥부를 포함한다. 한편, 도 3에서는, 상기 케이스(240)와 캡 조립체(250)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 상기 캡 조립체(250)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 또한, 상기 케이스(240)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(210), 제 1 단자(220), 제 2 단자(230) 및 캡 조립체(250)와 절연될 수 있다.

상기 캡 조립체(250)는 상기 케이스(240)에 결합된다. 상기 캡 조립체(250)는 구체적으로 캡 플레이트(251), 시일 가스켓(252c), 마개(253), 안전벤트(254), 상부 절연부재(252a) 및 하부 절연부재(252b)를 포함한다.

상기 캡 플레이트(251)는 상기 케이스(240)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(240)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(251)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(240)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(251)는 상술한 바와 같이 상기 제 2 단자(230)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(251) 및 케이스(240)는 동일한 극성을 가질 수 있다.

상기 시일 가스켓(252c)은 절연성 재질로 상기 제 1 단자 기둥(221) 및 제 2 단자 기둥(231) 각각과 캡 플레이트(251) 사이에 형성되어, 상기 제 1 단자 기둥(221) 및 제 2 단자 기둥(231) 각각과 캡 플레이트(251) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(252c)은 외부의 수분이 상기 이차 전지(200)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 이차 전지(200)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.

상기 마개(253)는 상기 캡 플레이트(251)의 전해액 주입구(251a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(254)는 상기 캡 플레이트(251)의 벤트홀(251b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(254a)가 형성된다.

상기 상부 절연부재(252a)는 상기 제 1 단자 기둥(221) 및 제 2 단자 기둥(231) 각각과 캡 플레이트(251) 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(252a)는 상기 캡 플레이트(251)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(252a)는 상기 시일 가스켓(252c)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(252a)는 상기 제 1 단자 기둥(221) 및 제 2 단자 기둥(231)과 캡 플레이트(251)를 절연시킨다.

상기 하부 절연부재(252b)는 상기 제 1 전극 탭(211b) 및 제 2 전극 탭(212b) 각각과 캡 플레이트(251) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(252b)는 상기 제 1 전극 탭(211b)과 캡 플레이트(251) 사이의 단락, 그리고 상기 제 2 전극 탭(212b)과 캡 플레이트(251) 사이의 단락을 방지한다.

상기 PCM 부재(300)는 상기 제 2 영역(130)의 수용홈(131)에 위치한다. 즉, 상기 PCM 부재(300)는 상기 이차 전지(200)와는 다른 별도의 영역에 수용된다. 또한, 상기 PCM 부재(300)는 상기 제 2 영역(130)의 하면을 통해 일면이 외부로 노출된다. 따라서, 상기 PCM 부재(300)만을 용이하게 교체가 가능하다. 다시 말해서, 상기 PCM 부재(300)가 제 2 영역(130) 외면에 형성된 수용홈(131)에 위치함으로써 단순히 PCM 부재(300)만을 장착 및 분리하는 것만으로 간편하게 교환이 가능하다. 더불어, 상기 PCM 부재(300)는 상기 제 1 영역(120)의 일 영역에 위치하여 상기 이차 전지(200)가 수용된 제 1 영역(120)의 온도를 일정하게 유지해주는 역할을 한다. 즉, 외부에서 고온의 열이 유입될 경우 이를 흡수하여 이차 전지(200)의 온도가 높아지는 것을 방지하고, 상기 이차 전지(200)에서 열이 발생할 경우 이를 흡수하여 외부로 방출함으로써 제 1 영역(120)의 온도가 상승하는 것을 방지한다. 특히, 상기 PCM 부재(300)는 일면이 외부로 노출되므로 외부의 열을 용이하게 흡수할 수 있으며, 흡수한 열을 용이하게 방출 가능하다.

상기 PCM 부재(300)는 PCM(310) 및 PCM 케이스(320)를 포함한다.

상기 PCM(phase change material)(310)은 상변화 물질로써, 상변화 과정을 통하여 열을 축적하거나 방출하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 상기 PCM(310)은 온도에 따라, 액체 상태에서 고체 상태로, 고체 상태에서 액체 상태로 변화면서, 열을 저장(잠열)하거나 방출(방열)하는 자동 온도 조절 기능성 물질을 의미한다. 즉, 물질의 상변화 과정에서는 많은 양의 에너지 잠열이 필요한 특성을 가지므로, 외부에서 열이 공급되더라도 PCM(310)의 상변화 과정을 통하여 열을 흡수(즉, 현열 축적)하고, 온도 하강시 상변화 과정을 통하여 열을 방출함으로써 내부 온도를 적정하게 유지할 수 있다. 따라서, 상기 외장 케이스(110)의 내부로 열이 유입되더라도 상기 PCM(310)이 열을 흡수하게 되므로 상기 이차 전지(200)로 유입되는 열을 차단하는 단열 효과를 가질 수 있다. 또한, 상변화 온도가 아닐 경우에는 일반적인 에너지 보존 법칙에 따라 온도가 변하므로 상기 이차 전지(200)로부터 발생하는 열을 외부로 용이하게 발산할 수 있다.

이러한 PCM(310)은 크게 용융점과 용융잠열에 따라 유기(organic) PCM, 무기(inorganic) PCM, 공융(eutectic) PCM으로 분류된다.

상기 유기 PCM은 파라핀 및 비 파라핀계열로 나눠진다. 상기 유기 PCM은 유사한 융해, 자가 핵형성 및 대체로 용기 재질에 대해 비부식성을 포함한다. 이러한 유기 PCM은 화학적으로 안정하며, 상분리가 잘 일어나지 않으며 넓은 온도 범위를 가지고 있지만 열 전도성이 떨어지며 낮은 잠열 용적과 불에 취약한 성질을 가지고 있다.

상기 무기 PCM은 염 수화물 및 금속류로 분류된다. 일반적으로, 상기 무기 PCM은 단위 체적당 높은 잠열을 가지며, 부피는 유기 화합물에 비해 가격면에서 저렴하며 비인화성 물질이다.

상기 공융 PCM은 최저 온도에서 융해하는 둘 이상의 성분의 혼합물을 의미한다. 상기 공융 PCM을 구성하는 각 성분은 유사하게 융해 및 응결되며 결정화시 혼합물의 결정을 형성한다. 일반적으로, 상기 공융 PCM은 급격한 녹는점을 가지는 물질이다.

본 발명에서의 PCM(310)은 열전도성과 잠열 등의 특성을 고려하여 무기 PCM 또는 공융 혼합물 PCM을 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에서는, 무기 PCM로서, Na2S2O3?5H2O, Zn(NO3)2?6H2O, Na2SO4?10H2O, LiNO3?3H2O, Na(CH3COO)?3H2O 중 어느 하나이거나 이들 중 적어도 하나의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 공융 PCM로서, Ca(NO3)2?4H2O과 Mg(NO3)2?6H2O의 혼합물, Mg(NO3)2?6H2O와 NH4NO3의 혼합물, Mg(NO3)?6H2O와 MgCl2?6H2O의 혼합물, 네프탈렌(Naphthalene)과 벤조산(benzoic acid)의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 PCM(310)은 무기 PCM 또는 공융 혼합물 PCM을 구성하는 화학 성분의 조성비를 조절하여 녹는점과 어는점을 변경함으로써, 작동할 수 있는 온도 범위를 조절할 수 있다.

상기 PCM 케이스(320)는 내부에 상기 PCM(310)을 수용한다. 상기 PCM 케이스(320)는 내부의 PCM(310)과 외부 사이의 열전달이 쉽게 일어날 수 있도록 열전도성이 높은 재료로 형성된다. 보다 구체적으로, PCM 케이스(320)는 알루미늄, 구리 등의 금속 재질, 열전달이 우수한 폴리머 수지 또는 세라믹 재질 중 선택된 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 스티로폼, 석고, 유리 섬유 등과 같은 물질을 더 포함함으로써 단열 성능을 보다 향상시키는 것도 가능하다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩은 다수의 이차 전지를 수용하는 제 1 영역의 일 영역에 PCM 부재를 수용하는 제 2 영역을 위치시킨다. 따라서, 외부로부터 이차 전지를 향하여 투입되는 열이 PCM 부재에 의하여 차단될 수 있다. 특히, 상기 전지 팩이 전기자동차에 적용될 경우, 도로, 차량 바닥, 엔진 및 배기관으로부터 발생한 열이 전지 팩의 하부를 통해 이차 전지로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 PCM 부재의 PCM 케이스는 열전도성이 높은 재료로 형성되므로 PCM이 열을 용이하게 흡수하거나 방출할 수 있다. 이 때, 상기 PCM 부재는 일면이 외부로 노출되므로 보다 용이한 열 전달이 가능하다. 더불어, PCM 부재는 이차 전지와 별개로 제 2 영역의 외면에 형성된 수용홈에 장착되므로 PCM 부재의 교환이 용이하게 이루어질 수 있다.

도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 제 2 영역(430) 및 PCM 부재(500)는 상술한 제 2 영역(130) 및 PCM 부재(300)와 동일 또는 유사한 구조를 가지므로 중복된 설명은 최소화하도록 한다. 상기 전지 팩은 PCM 부재의 결합 구조에 있어서 앞선 실시예와 다른 구조를 가지므로 이하에서는 그 차이점만을 위주로 설명하도록 한다.

상기 제 2 영역(430)은 외면으로부터 소정 깊이 파인 수용홈(431)을 포함한다. 그리고 상기 수용홈(431)에는 PCM(510) 및 PCM 케이스(520)를 포함하는 상기 PCM 부재(500)가 수용된다. 이 때, 상기 수용홈(431)의 내면에는 접착 부재(432)가 형성된다. 따라서, 상기 PCM 부재(500)는 상기 접착부재(432)에 의하여 단단하게 상기 제 2 영역(430)의 수용홈(431)에 고정될 수 있다.

도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 제 2 영역(630) 및 PCM 부재(700)는 상술한 도 1의 제 2 영역(130) 및 PCM 부재(300)와 동일 또는 유사한 구조를 가지므로 중복된 설명은 최소화하도록 한다. 상기 전지 팩은 PCM 부재의 결합 구조에 있어서 앞선 실시예와 다른 구조를 가지므로 이하에서는 그 차이점만을 위주로 설명하도록 한다.

상기 제 2 영역(630)은 외면으로부터 소정 깊이 파인 수용홈(631)을 포함한다. 그리고 상기 수용홈(631)에는 PCM(710) 및 PCM 케이스(720)를 포함하는 상기 PCM 부재(700)가 수용된다. 이 때, 상기 PCM 케이스(720)는 그 하면으로부터 평행하게 연장되는 결합부(721)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 영역(630)의 하면에는 상기 결합부(721)와 대응되는 결합홈(632)이 형성된다. 더불어, 상기 결합부(721) 및 결합홈(632)에는 서로 대응되는 홀(미도시)이 형성되어 상기 홀에 볼트(633)가 결합된다. 따라서, 상기 PCM 부재(700)는 상기 볼트(633)의 체결에 의해 상기 제 2 영역(630)에 용이하게 결합 또는 분리될 수 있다.

도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 PCM 부재의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩 중 제 2 영역(830) 및 PCM 부재(900)는 상술한 도 1의 제 2 영역(130) 및 PCM 부재(300)와 동일 또는 유사한 구조를 가지므로 중복된 설명은 최소화하도록 한다. 상기 전지 팩은 PCM 부재의 결합 구조에 있어서 앞선 실시예와 다른 구조를 가지므로 이하에서는 그 차이점만을 위주로 설명하도록 한다.

상기 제 2 영역(830)은 외면으로부터 소정 깊이 파인 수용홈(831)을 포함한다. 그리고 상기 수용홈(831)에는 PCM(910) 및 PCM 케이스(920)를 포함하는 상기 PCM 부재(900)가 수용된다. 이 때, 상기 PCM 케이스(920)는 그 측면으로부터 돌출된 슬라이딩 돌기(921)가 형성된다. 또한, 상기 수용홈(831)의 내측면에는 상기 슬라이딩 돌기(921)와 대응되는 슬라이딩 홈(832)이 형성된다. 따라서, 상기 PCM 부재(900)는 상기 슬라이딩 돌기(921)가 수용홈(831) 내의 슬라이딩 홈(832)을 따라 용이하게 삽입 및 분리가 가능하다. 물론, 도시되지는 않았지만, 상기 제 2 영역(830)은 상기 수용홈(831)과 연결되도록 일면이 개방되어 상기 PCM 부재(900)가 상기 수용홈(831) 내로 삽입되거나 외부로 분리될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전지 팩은 접착부재, 볼트 체결 또는 슬라이딩 방식에 의해 PCM 부재와 제 2 영역 사이의 결합이 용이하게 이루어질 수 있으며, 보다 단단한 고정이 가능하다. 또한, PCM 부재가 제 2 영역으로부터 용이하게 분리될 수 있으므로 PCM 부재의 교환이 간편하게 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전지 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 전지 팩 110; 외장 케이스
120; 제 1 영역 130, 430, 630, 830; 제 2 영역
121; 수용부 131, 431, 631, 831; 수용홈
200; 이차 전지 210; 전극 조립체
220; 제 1 단자 230; 제 2 단자
240; 케이스 250; 캡 조립체
300, 500, 700, 900; PCM 부재 310, 510, 710, 910; PCM
320, 520, 720, 920; PCM 케이스 432; 접착부재
632; 결합홈 633; 볼트
721; 결합부 832; 슬라이딩 홈
911; 슬라이딩 돌기

Claims

제 1 영역 및 상기 제 1 영역의 일면에 위치한 제 2 영역을 포함하는 외장 케이스;
상기 제 1 영역의 수용부에 수용되는 적어도 하나의 이차 전지; 및
상기 제 2 영역의 수용홈에 수용되며, PCM(Phase Change Material)과 PCM 케이스를 포함하는 PCM 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 하면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 수용홈은 상기 제 2 영역의 하면으로부터 내부를 향하여 기설정된 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 PCM 부재는 상기 제 2 영역의 하면을 통해 일면이 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 수용홈에는 접착 부재가 형성되어 상기 PCM 부재를 상기 제 2 영역에 고정시키는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 PCM 케이스는 그 하면으로부터 평행하게 연장되는 결합부를 포함하고,
상기 제 2 영역의 하면에는 상기 결합부와 대응되는 결합홈이 형성되며,
상기 결합부 및 결합홈에는 볼트 체결을 위한 홀이 형성되어 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 PCM 케이스는 그 측면으로부터 돌출된 슬라이딩 돌기를 포함하고,
상기 수용홈의 내측면에는 상기 결합 돌기와 대응되는 슬라이딩 홈이 형성되며,
상기 PCM 부재는 슬라이딩 방식에 의해 상기 슬라이딩 돌기가 슬라이딩 홈으로 삽입됨으로써 제 2 영역에 결합되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 PCM 케이스는 알루미늄 또는 구리의 금속 재질, 열전달이 우수한 폴리머 수지 또는 세라믹 재질 중 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 8 항에 있어서,
상기 PCM 케이스는 스티로폼, 석고 또는 유리 섬유 중 선택된 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.