KR20170070542A - 캔형 이차전지 및 그를 포함하는 이차전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수납하는 전지 캔과, 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체를 구비하는 캔형 이차전지에 있어서, 상기 전지 캔은 내부가 비어 있는 중공관 형태로 마련되며, 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되는 공동부를 구비하는 캔형 이차전지가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 각각의 상기 캔형 이차전지들이 상면에 기립 배치되도록 미리 결정된 간격마다 상면으로부터 돌출되고 각각의 상기 캔형 이차전지의 공동부에 억지 끼움되게 마련된 다수의 냉각핀들을 구비한 히트싱크를 포함하는 이차전지 모듈이 제공될 수 있다.

Description

캔형 이차전지 및 그를 포함하는 이차전지 모듈{Can Type Secondary Battery and Secondary Battery Module including the same}

본 발명은 캔형 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 표면적을 증대시켜 이차전지의 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 캔형 이차전지 및 이를 포함하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 이차전지 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 최근의 리튬 이차 전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차전지는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.

그런데 캔형 이차전지는 전지 캔 내부에 수용되어 있는 젤리-롤 형태의 전극 조립체의 구조적 특성 때문에 반경 방향으로 열전도가 낮은 편이어서, 캔형 이차전지의 중심부는 주변부보다 온도가 높게 나타난다. 캔형 이차전지의 중심부에서 열이 적절히 방출되지 않은 상태에서 충방전 과정이 계속 반복되게 되면, 이차전지의 충방전 효율성이 낮아져 정상적인 구동이 되지 않거나 성능이 떨어져, 결국 이차전지의 수명이 현저히 단축될 수 있다. 나아가 이차전지의 열 축적이 심화되면 이차전지가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있으며 이는 이차전지의 발화 내지 폭발로 이어질 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 캔형 이차전지에서 발생되는 열을 기존보다 효과적으로 방출시킬 수 있는 구조를 가지는 캔형 이차전지를 제공하고, 또한 이러한 캔형 이차전지를 사용하여 전체적인 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 이차전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수납하는 전지 캔과, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체를 구비하는 캔형 이차전지에 있어서, 상기 전지 캔은, 내부가 비어 있는 중공관 형태로 마련되며, 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되는 공동부를 구비하는 캔형 이차전지가 제공될 수 있다.

상기 공동부는 상기 전지 캔의 바닥면에서 상기 전지 캔의 개방단의 높이보다 낮은 위치까지 연장될 수 있다.

상기 공동부는 상기 전지캔의 바닥면에서 상기 전지 캔의 개방단의 높이와 같거나 높은 위치까지 연장되며, 상기 캡 조립체는 상기 공동부에 억지 끼움되도록 마련된 장착홀을 구비할 수 있다.

상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 배치된 분리막이 상기 공동부를 동심으로 권취된 젤리 롤 타입의 전극 조립체일 수 있다.

상기 캡 조립체는, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되고 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 및 상기 탑 캡의 하부에 위치하고 상기 전극 조립체에서 연장되는 전극 리드와 접촉하며 온도에 따라 저항값이 달라지는 PTC 소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되고 상기 전지 캔의 중심부에 빈 공간을 형성하는 공동부를 구비하는 전지 캔과, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체로 구성된 다수의 캔형 이차전지들; 및 각각의 상기 캔형 이차전지들이 상면에 기립 배치되도록 미리 결정된 간격마다 상면으로부터 돌출되고 각각의 상기 캔형 이차전지의 공동부에 억지 끼움되게 마련된 다수의 냉각핀들을 구비한 히트싱크를 포함하는 이차전지 모듈이 제공될 수 있다.

상기 캡 조립체는 상기 공동부에 억지 끼움되도록 중심부에 관통 형성된 장착홀을 구비할 수 있다.

상기 냉각핀은 상기 공동부의 표면에 접촉하며 상기 공동부를 통과하여 일단부가 상기 캔형 이차전지 상부에 노출되게 마련될 수 있다.

상기 냉각핀의 일단부에 끼움 결합되도록 표면으로부터 함몰 형성된 다수의 결합홈을 구비하는 모듈 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 모듈 커버는 일면이 개방된 박스 형태로 상기 히크싱크의 상부를 밀폐시킬 수 있도록 마련될 수 있다.

상기 히트싱크는 내부에 냉매가 흐르는 유로를 구비할 수 있다.

전기 절연성 및 열 전도성 재질로 마련되고, 상기 히트싱크의 상면에 배치되는 절연시트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 이차전지 모듈을 포함하는 이차전지 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 캔형 이차전지의 표면적이 기존보다 넓어져 방열 효과가 증대될 수 있다. 특히, 캔형 이차전지가 중공 구조를 갖기 때문에 반경 방향으로의 열전도도 높아져 이차전지의 중심부와 주변부 간의 온도 편차를 줄일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 히트 싱크의 냉각핀에 의해서 상기 캔형 이차전지의 냉각과 고정이 동시에 이루어질 수 있어 냉각 효율성 및 조립 편의성을 모두 갖춘 이차전지 모듈이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캔형 이차전지의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 이차전지의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 도 3의 캔형 이차전지들을 포함하는 이차전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5의 부분 분해 사시도이다.
도 7 및 도 8은 각각 도 5의 모듈 커버 장착 전,후의 상태를 나타낸 개략적인 이차전지 모듈의 단면도들이다.
도 9는 도 5의 실시예의 변형예를 나타낸 이차전지 모듈의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캔형 이차전지의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 캔형 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)를 수납하는 전지 캔(120)과, 전지 캔(120)의 개방단에 결합되어 전지 캔(120)을 밀폐시키는 캡 조립체(130)를 포함한다.

전극 조립체(110)는 양극판(111) 및 음극판(112)이 분리막(113)을 사이에 두고 배치되어 전지 캔(120)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(110)는 젤리 롤 형태로 후술할 공동부(121)를 동심으로 권취되어 배치될 수 있다. 전극 조립체(110)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.

여기서, 전극판들이 권취되는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있는데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드가 부착될 수 있다. 일반적으로 원통형 이차전지에서 양극 리드(114)는 전극 조립체(110)의 상단에 부착되어 캡 조립체(130)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드는 전극 조립체(110)의 하단에 부착되어 전지 캔(120)의 바닥면에 연결된다.

한편, 전극 조립체(110)의 상단에는 상부 절연판(123)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(123)은 전극 조립체(110)와 캡 조립체(130) 사이를 절연시키는 역할을 한다.

전지 캔(120)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(120)의 내부 공간에는 전극 조립체(110)와 함께 전해액이 수납된다.

전지 캔(120)은 원통형으로 형성될 수 있으나, 각형과 같이 원통형 이외의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 전지 캔(120)에는 도면에 도시된 바와 같이, 비딩부(122)가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 전지 캔(120) 형태에 한정되는 것은 아니며, 비딩부(122)가 형성되지 않은 전지 캔(120)에도 본 발명이 적용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지 캔(120)은, 중공관 형태로 마련되며 전지 캔(120)의 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되는 공동부(121)(空洞部)를 구비한다.

구체적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 캔(120)에서는 공동부(121)가 전지 캔(120)의 바닥면에서 전지 캔(120)의 개방단의 높이보다는 낮은 위치까지 연장되게 마련될 수 있다.

공동부(121)는 중공관 형태로 마련되므로 그 안쪽 공간은 빈 공간이며, 그 바깥쪽 공간, 다시 말하면, 공동부(121)와 전지 캔(120)의 외측면 사이의 내부 공간에 전극 조립체(110)가 젤리 롤 형태로 권취되어 배치될 수 있다. 그리고 공동부(121)의 상단부는 상부 절연판(123)에 의해 밀폐될 수 있으며, 전지 캔(120)의 개방부는 캡 조립체(130)에 의해 밀폐될 수 있다.

따라서 본 실시예의 캔형 이차전지(100)는 상부 절연판(123)아래가 중공 구조로 이루어져 있다. 이러한 이차전지(100)는 중심부에 공동부(121)를 가짐으로 공기에 직접 접촉되는 면적, 즉 열을 외부로 방출시킬 수 있는 방열 면적이 기존에 비해 현저히 증가한다. 따라서 본 실시예의 경우 종래보다 냉각 효율이 높아질 수 있다.

또한, 자세히 후술하겠지만, 이차전지 모듈(10)을 구성함에 있어서, 이차전지(100)를 막대 형상의 냉각핀(210)에 꽂아서 고정시킬 수 있는 이점이 생긴다.

한편, 캡 조립체(130)는 전지 캔(120)의 상단, 즉 개방단에 결합되는 이차전지의 구성요소로서, 전지 캔(120)의 개방부를 밀폐시킨다. 이러한 캡 조립체(130)는 전지 캔(120)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

도 2를 참조하여, 캡 조립체(130)를 형성하는 구성을 살펴보면, 탑 캡(131)은 캡 조립체(130)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서 탑 캡(131)은 외부 장치, 이를테면 부하 또는 충전 장치와 전기적으로 접속된다.

이러한 탑 캡(131)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 따라서 전극 조립체(110)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍을 통해 전지 캔(120) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다.

탑 캡(131)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속재질로 형성될 수 있다.

안전 벤트(132)는 이차전지의 내압, 즉 전지 캔(120)의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우, 형태가 변형되도록 구성된다. 예를 들어, 안전 벤트(132)는 이차전지의 내압이 12~25 kgf/cm²일 때 형태가 변형되어 파열되도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 안전 벤트(132)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치가 형성될 수 있다. 따라서 이차전지의 내부, 즉 전극 조립체(110) 측으로부터 가스가 발생하여 전지 캔(120)의 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(132)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(132)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(120)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.

가스켓(134)은, 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)의 테두리 부위를 감싼다. 본 실시예에 따른 가스켓(134)의 상단부는, 도면에 도시된 바와 같이, 대략 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 가스켓(134)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 가스켓(134)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.

전류차단부재(133)는, CID(Current Interrupt Device)라고도 불리는데, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(132)와 연결되는 캡 조립체(130)의 구성 요소이다. 정상적인 상태에서는 안전 벤트(132)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(133)와 접촉되다가, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(132)의 형상이 역전되면, 전류차단부재(133)와 안전 벤트(132) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 전류차단부재(133)의 하부는 전극 조립체(110), 보다 구체적으로는, 전극 조립체(110)에 부착된 양극 리드(114)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(133)는 전극 조립체(110)와 안전 벤트(132) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(133)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(133)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(132)와 함께 변형될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 이차전지의 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이다.

이어서 이들 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 이차전지(100')에 대해 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 참조번호는 동일한 구성을 의미하며, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

본 실시예의 경우, 공동부(121)의 상단이 전지 캔(120)의 개방단과 대략 같은 높이에 위치할 수 있다. 그리고 캡 조립체(130)는 환형으로 제작되어 이러한 공동부(121)의 상단부에 장착될 수 있게 구성될 수 있다. 이를 위해, 캡 조립체(130)는 상기 공동부(121)의 상단부에 억지 끼움되도록 마련되는 장착홀(H)을 중심부에 구비할 수 있다.

본 실시예에 따른 캡 조립체(130)는 안전 벤트(132) 대신에 PTC(Positive Temperature Coefficient element)소자(135)를 포함할 수 있다. 여기서 PTC 소자(135)는 탑 캡(131)의 하부에 위치하며 탑 캡(131)과 전극 조립체(110)에서 연장되는 전극 리드를 전기적으로 연결시킨다. 이러한 PTC 소자(135)는, 이차전지의 온도가 상승하는 경우에는 PTC 소자(135) 자체의 줄(joule) 열에 의한 자기 발열로 저항이 갑자기 증가해 전류를 차단한다.

위에 언급한 바와 같이, 캡 조립체(130)를 구성하는 탑 캡(131)과 PTC 소자(135)는 환형으로 마련되어 중심부에 장착홀(H)을 구비하고 공동부(121)의 상단부에 끼워질 수 있다. 그리고 캡 조립체(130)가 공동부(121)의 상단부에 장착된 상태에서 전지 캔(120)의 상단부를 가공하여 캡 조립체(130)를 완전히 고정시킬 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 구성에 따른 캔형 이차전지(100')는 바닥에서 상단까지 중심부가 완전히 관통된 형상을 취할 수 있다. 따라서 예컨대 공기와 같은 유체가 이차전지의 공동부(121)를 통해 이차전지의 중심부를 관통하여 유동할 수 있다. 이러한 경우, 이차전지의 반경 방향으로의 열전도율이 종래보다 개선될 수 있어 중심부와 외주부 사이의 온도 편차가 감소할 수 있다.

도 5는 도 3의 캔형 이차전지들을 포함하는 이차전지 모듈의 개략적인 사시도, 도 6은 도 5의 부분 분해 사시도, 도 7 및 도 8은 각각 도 5의 모듈 커버 장착 전,후의 상태를 나타낸 개략적인 이차전지 모듈의 단면도들이다.

이어서 이들 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈(10)을 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 이차전지 모듈(10)은 상술한 다수의 캔형 이차전지(100')들과, 히트싱크(200), 및 모듈 커버(300)를 포함한다.

여기서 캔형 이차전지(100')는 바닥에서 상단까지 중심부가 상하 방향으로 완전히 관통된 전술한 두 번째 실시예와 같은 것일 수 있다. 다수 개의 캔형 이차전지(100')들은 히트싱크(200) 상부에 가로 및 세로 방향으로 상호 간 소정 간격을 두고 기립 배치될 수 있다. 물론, 캔형 이차전지(100')들은 도면과 달리, 필요에 따라 더 많거나 적은 개수와 다양한 형태로 배열될 수도 있다. 그리고 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 당업자라면, 상기 캔형 이차전지(100')들이 버스 바와 같은 연결부재에 의해 상호 간 직렬 및/또는 병렬적으로 연결될 수 있음을 이해할 것이다.

히트싱크(200)는, 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 히트싱크(200)는 상면에 캔형 이차전지(100')들이 기립 배치될 수 있도록 캔형 이차전지(100)들의 하부에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 캔형 이차전지(100')들의 하부에 위치할 수 있다. 물론 필요에 따라서는 다수의 캔형 이차전지(100')들의 상부에 히트싱크(200)가 설치될 수 있다.

본 실시예에 따른 히트싱크(200)는 내부에 유로(미도시)를 포함한다. 히트싱크(200) 내부 유로에 흐르는 냉매는 유로에서 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 것이며, 부동액, 가스 냉매, 공기 등이어도 좋다.

특히 본 발명에 따른 히트싱크(200)는, 도 6과 같이, 상면에서 돌출되는 냉각핀(210)들을 더 포함한다. 냉각핀(210)들은 캔형 이차전지(100)의 공동부(121) 직경에 대응되는 직경을 가지고, 미리 결정된 간격마다 히트싱크(200)의 상면으로부터 수직 상방향으로 돌출되게 마련된다. 이러한 냉각핀(210)들은 히트싱크(200)의 상면에 일체로 형성될 수 있다. 물론, 냉각핀(210)을 별도로 제작한 후, 냉각핀(210)들을 히트싱크(200)의 상면에 용접 또는 본딩 방식으로 부착시킬 수도 있다. 다만, 열 접촉 저항에 의한 열전도 손실을 방지하기 위해 히트싱크(200)와 냉각핀(210)을 일체로 제작하는 것이 바람직할 수 있다.

캔형 이차전지(100')들은 이러한 냉각핀(210)들에 일대일 대응되게 장착될 수 있다. 이를테면, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각핀(210)에 공동부(121)가 억지 끼움됨으로써 캔형 이차전지(100')들이 히트싱크(200)의 상부에 기립 배치되고 그 유동이 제한될 수 있다.

특히, 본 실시예의 경우 냉각핀(210)은 공동부(121)의 표면에 접촉하며 공동부(121)를 완전히 통과하여 그 일단부가 이차전지의 상부에 노출되게 마련될 수 있다. 이를테면, 냉각핀(210)의 길이가 캔형 이차전지(100')의 길이보다 더 길게 마련된다. 이러한 경우, 냉각핀(210)과 이차전지 간의 열 접촉 면적이 충분히 확보될 수 있어, 도 7 및 도 8에 도시된 화살표와 같이, 이차전지에서 반경 방향 및 길이 방향으로의 열전도가 원활히 이루어질 수 있다. 또한, 캔형 이차전지(100')가 보다 안정적으로 냉각핀(210)에 고정될 수 있다.

모듈 커버(300)는 히트싱크(200)와 대향하도록 다수의 캔형 이차전지(100')의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 모듈 커버(300)에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 냉각핀(210)의 일단부에 끼움 결합되도록 표면으로부터 함몰 형성된 다수의 결합홈(310)이 마련될 수 있다. 이러한 모듈 커버(300)는 모듈 커버(300)의 결합홈(310)들이 냉각핀(210)의 일단부와 일대일 대응하도록 이차전지들의 상부에 장착될 수 있다. 따라서 이와 같이 모듈 커버(300)가 장착되면, 이차전지들이 히트싱크(200)와 모듈 커버(300) 사이에서 상,하,좌,우 어느 쪽 방향으로도 유동하지 않고 완전히 정위치에 고정될 수 있다.

본 실시예의 이차전지 모듈(10)은 캔형 이차전지(100')와 모듈 커버(300) 및 히크싱크 사이의 절연을 위해 절연시트(400)를 더 포함할 수 있다.

절연시트(400)는 모듈 커버(300)의 하면과 히트싱크(200)의 상면에 배치될 수 있다. 자세히 도시하지 않았으나, 절연시트(400)는 공동부(121) 안쪽의 표면 또는 냉각핀(210)의 외주면에 코팅될 수도 있다.

절연시트(400)는 전기 절연성과 열 전도성이 우수한 폴리카보네이트(PolyCarbonate)와 같은 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 절연시트(400)는 이차전지의 절연과 열을 히트싱크(200)로 효과적으로 전달하는 역할을 한다.

도 9는 도 5의 실시예의 변형예를 나타낸 이차전지 모듈의 사시도이다.

도 9에 도시된 모듈 커버(300')는, 도 5의 모듈 커버(300)의 변형예로서, 일면이 개방된 박스 형태로 마련될 수 있다. 본 변형예에 의하면, 히트싱크(200) 상부가 완전히 밀폐될 수 있음으로 이차전지 모듈(10) 내부로 수분 및 이물질이 침투하는 것을 막을 수 있다. 모듈 커버(300')는 외부 충격으로부터 이차전지들을 보호할 수 있도록 스테인리스 스틸과 같은 금속성 재질로 제작되는 것이 바람직할 수 있다.

이와 같은, 본 발명의 구성에 의하면, 캔형 이차전지(100')의 냉각과 고정이 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 냉각핀(210)이 캔형 이차전지(100')의 중심부, 즉 공동부(121)의 표면에 면대면으로 접촉하므로, 냉각핀(210)과 이차전지 간에 열교환이 보다 효과적으로 이루어져 냉각 효율이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 종래에 이차전지 모듈에서는 캔형 이차전지를 홀딩시키기 위한 고정용 프레임 내지 카트리지가 필요하였지만, 본 실시예의 경우, 냉각핀(210)에 의해 캔형 이차전지(100')가 간단하게 고정될 수 있어 종전과 같은 별도의 고정용 프레임이나 카트리지 구성을 생략할 수 있다. 따라서 이차전지 모듈(10)이 기존보다 컴팩트하게 구현될 수 있을 뿐만 아니라 그 조립 공정이 더 간단해 질 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지 팩은, 상술한 본 발명에 따른 이차전지 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 이차전지 팩은, 이러한 이차전지 모듈 이외에도, 이러한 이차전지 모듈을 커버하기 위한 케이스, 이차전지 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

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.

한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10: 이차전지 모듈 100: 캔형 이차전지
110: 전극 조립체 111: 양극판
112: 음극판 113: 분리막
114: 전극 리드 120: 전지 캔
121: 공동부 122: 비딩부
123: 상부 절연판 130: 캡 조립체
131: 탑 캡 132: 안전 벤트
133: 전류차단부재 134: 가스켓
135: PTC 소자 200: 히트싱크
210: 냉각핀 300: 모듈 커버
310: 결합홈 400: 절연시트
H: 장착홀

Claims (13)

1. 전극 조립체를 수납하는 전지 캔과, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체를 구비하는 캔형 이차전지에 있어서,
   상기 전지 캔은, 내부가 비어 있는 중공관 형태로 마련되며, 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되는 공동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공동부는 상기 전지 캔의 바닥면에서 상기 전지 캔의 개방단의 높이보다 낮은 위치까지 연장된 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공동부는 상기 전지캔의 바닥면에서 상기 전지 캔의 개방단의 높이와 같거나 높은 위치까지 연장되며,
   상기 캡 조립체는 상기 공동부에 억지 끼움되도록 마련된 장착홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 배치된 분리막이 상기 공동부를 동심으로 권취된 젤리 롤 타입의 전극 조립체인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
5. 제1항에 있어서,
   상기 캡 조립체는, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되고 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 및
   상기 탑 캡의 하부에 위치하고 상기 전극 조립체에서 연장되는 전극 리드와 접촉하며 온도에 따라 저항값이 달라지는 PTC 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
6. 바닥면 중심 영역을 관통하여 미리 결정된 높이까지 연장되고 상기 전지 캔의 중심부에 빈 공간을 형성하는 공동부를 구비하는 전지 캔과, 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체로 구성된 다수의 캔형 이차전지들; 및
   각각의 상기 캔형 이차전지들이 상면에 기립 배치되도록 미리 결정된 간격마다 상면으로부터 돌출되고 각각의 상기 캔형 이차전지의 공동부에 억지 끼움되게 마련된 다수의 냉각핀들을 구비한 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
7. 제6항에 있어서,
   상기 캡 조립체는 상기 공동부에 억지 끼움되도록 중심부에 관통 형성된 장착홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각핀은 상기 공동부의 표면에 접촉하며 상기 공동부를 통과하여 일단부가 상기 캔형 이차전지 상부에 노출되게 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 냉각핀의 일단부에 끼움 결합되도록 표면으로부터 함몰 형성된 다수의 결합홈을 구비하는 모듈 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 모듈 커버는 일면이 개방된 박스 형태로 상기 히크싱크의 상부를 밀폐시킬 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
11. 제6항에 있어서,
    상기 히트싱크는 내부에 냉매가 흐르는 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
12. 제6항에 있어서,
    전기 절연성 및 열 전도성 재질로 마련되고, 상기 히트싱크의 상면에 배치되는 절연시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 모듈을 포함하는 이차전지 팩.

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