WO2011129545A2 - 신규한 구조의 전지팩 케이스 - Google Patents

신규한 구조의 전지팩 케이스 Download PDF

Info

Publication number
WO2011129545A2
WO2011129545A2 PCT/KR2011/002436 KR2011002436W WO2011129545A2 WO 2011129545 A2 WO2011129545 A2 WO 2011129545A2 KR 2011002436 W KR2011002436 W KR 2011002436W WO 2011129545 A2 WO2011129545 A2 WO 2011129545A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery pack
coolant
battery
pack case
battery module
Prior art date
Application number
PCT/KR2011/002436
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011129545A3 (ko
Inventor
정재호
임예훈
이진규
이범현
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to EP11769011.5A priority Critical patent/EP2590255B1/en
Priority to JP2013502506A priority patent/JP5646041B2/ja
Priority to CN201180017475.6A priority patent/CN102884671B/zh
Priority to US13/635,745 priority patent/US9281546B2/en
Publication of WO2011129545A2 publication Critical patent/WO2011129545A2/ko
Publication of WO2011129545A3 publication Critical patent/WO2011129545A3/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack case having a novel structure, and more particularly, to a battery pack case in which a battery module in which a plurality of battery cells or unit modules ('unit cells') are stacked is mounted.
  • the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are located at the upper and lower portions of the pack case in opposite directions to allow the refrigerant to flow from one side of the battery module to the opposite side in a direction perpendicular to the cell stacking direction.
  • a flow space ('coolant inlet') and a flow space from the battery module to the coolant outlet ('coolant outlet') are formed in the pack case, respectively, and the flow path width of the coolant inlet part ensures uniformity of the coolant.
  • Secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas a medium and large battery module electrically connecting a plurality of battery cells is used for medium and large devices such as automobiles due to the need for high output and large capacity.
  • the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight
  • the rectangular battery, the pouch-type battery, etc. which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module.
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy form deformation.
  • the medium-large battery module In order for the medium-large battery module to provide the output and capacity required by a given device or device, it is necessary to electrically connect a plurality of battery cells in series and maintain a stable structure against external force.
  • the battery cells constituting the medium-large battery module is composed of a secondary battery capable of charging and discharging, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat during the charging and discharging process. If this is not effectively removed, thermal buildup occurs and consequently accelerates the deterioration of the unit cell, and in some cases there is a risk of fire or explosion. Therefore, a vehicle battery pack that is a high output large capacity battery requires a cooling system for cooling the battery cells embedded therein.
  • the performance degradation of some battery cells will cause the performance degradation of the entire battery pack. Since one of the main causes of such a performance non-uniformity is due to the cooling non-uniformity between the battery cells, there is a need for a structure capable of ensuring cooling uniformity during the flow of the refrigerant.
  • the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are located at the upper and lower portions of the pack case in opposite directions, and the upper and lower surfaces of the flow space from the refrigerant inlet to the battery module are formed in parallel.
  • the flow rate tends to be introduced into the flow path between the battery cells near the coolant outlet, and the flow rate decreases much in the flow path near the coolant inlet, making it difficult to uniformly cool the battery cells. .
  • Korean Patent Application Publication Nos. 2006-0037600, 2006-0037601, and 2006-0037627 disclose that the battery cells are formed as the air guide surface formed to be inclined with respect to the opposite surfaces of the battery cells moves away from the refrigerant inlet.
  • the medium-large battery pack is installed to be inclined downward so as to be closer to.
  • the air guide surface is formed at a constant inclination in a range of 15 to 45 degrees with respect to the opposite surface of the battery cells, thereby suppressing the phenomenon that the battery cell flow path refrigerant near the coolant discharge port is driven.
  • the width of the cooling channel is the same as that of the battery module or the battery cell in the conventional battery pack, a method of lowering the height of the cooling channel has been mainly used to increase the energy density at the limited battery pack size.
  • the pressure applied to the passage increases, which causes a problem in flow variation.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application after various experiments and in-depth studies on the battery pack case, surprisingly when the flow path width of the coolant inlet and / or the flow path width of the coolant discharge to form a structure larger than the flow path width of the unit cell, surprisingly Even if the height of the refrigerant inlet and / or the height of the refrigerant outlet decreases, the flow rate of the refrigerant flowing in the flow path between the unit cells can be uniformly distributed and the differential pressure can be reduced, thereby effectively removing heat accumulated between the unit cells. It was confirmed that the battery performance and lifespan can be greatly improved, and the present invention has been completed.
  • the battery pack case according to the present invention is a battery pack case in which a battery module or a battery module in which a plurality of unit modules ('unit cells') are stacked is mounted, and a refrigerant for cooling the unit cells is perpendicular to the cell stacking direction.
  • the coolant inlet and the coolant outlet are respectively located at the top and bottom of the pack case in opposite directions to flow from one side of the battery module to the opposite side in one direction, and the flow space from the coolant inlet to the battery module ('coolant inlet').
  • a flow space ('coolant outlet') from the battery module to the coolant outlet, respectively, are formed in the pack case, so as to ensure the uniformity of the coolant, the flow path width of the coolant inlet and / or the flow path width of the coolant outlet It consists of a structure formed larger than the flow path width of this unit cell.
  • the flow path width of the coolant inlet and / or the flow path width of the coolant outlet is greater than the flow path width of the unit cell, the height of the coolant inlet and / or the height of the coolant discharge is lowered. Even if the differential pressure and the flow variation according to the height is lowered to minimize, the heat generated during charging and discharging of the unit cell can be effectively removed by the flow of the uniform refrigerant. As a result, it is possible to increase the cooling efficiency of the battery pack and to improve the operating performance of the unit cells.
  • the flow path width of the coolant inlet and the coolant discharge part may be greater than the flow path width of the coolant inlet part or the flow path width of the coolant outlet part, or the flow path width of the coolant inlet part and the coolant depending on the size of the battery pack. All of the flow path widths of the discharge portion may be larger than the flow path width of the unit cell.
  • the flow path width of the coolant inlet and / or the flow path width of the coolant inlet may be widened by a ratio of the width of the coolant inlet and the height of the coolant outlet in the duct state in which the flow becomes uniform. It may be formed in a size of 105 to 500% based on the flow path width of the unit cell.
  • the width of the flow path of the coolant inlet part and / or the flow path width of the coolant discharge part is made smaller than 105% of the size of the flow path of the unit cell. Since it is difficult to minimize the differential pressure and flow variation of the refrigerant passage, and if the passage width of the refrigerant inlet portion and / or the passage width of the refrigerant discharge portion is larger than 500% based on the passage width of the unit cell, the overall pack case size increases. Not desirable
  • the battery pack case is to cool the electrode terminals of the unit cells, the flow path width of the flow space from the coolant inlet to the coolant outlet ('battery module mounting portion') than the flow path width of the unit cell It may be made of a large structure.
  • the coolant since the flow path width of the battery module mounting portion is formed to be larger than the flow path width of the unit cell, the coolant also flows in a portion where the electrode terminals of the unit cells are located, thereby effectively cooling the electrode terminals of the unit cells.
  • the above structure is preferable because it cools the electrode terminals of the unit cells, which generate a lot of heat, and can greatly improve the heat removal ability to prevent overheating of the electrode terminals.
  • the flow path width of the battery module mounting portion is preferably formed to a size of 105 to 500% based on the flow path width of the unit cell.
  • the vertical cross-sectional area of the coolant discharge part may be 100 to 300% based on the vertical cross-sectional area of the coolant inlet, and more preferably 150 to 250%.
  • the upper inner surface of the refrigerant inlet facing the upper end of the battery module has a structure in which the slope of the inclined surface starting at the opposite end of the refrigerant inlet increases in the direction of the refrigerant inlet with respect to the upper end of the battery module. Can be.
  • the slope of the inclined surface starting at the opposite end of the coolant inlet (end of the coolant outlet side) of the coolant inlet is increased in the coolant inlet direction with respect to the top of the battery module.
  • the “inclination increases” means that the inclined surface on the coolant inlet side is larger than the inclined surface located on the opposite end side of the coolant inlet port.
  • the inclined surface may increase continuously or discontinuously in the direction of the refrigerant inlet.
  • 'discontinuously increasing' means that there may be a portion having a substantially 0 degree inclination at the border portion of the inclined surfaces.
  • a portion having an inclination of 0 degrees with respect to the upper end of the battery module may be formed between the adjacent inclined surfaces.
  • the battery module mounted in the battery pack case according to the present invention is manufactured by stacking a plurality of unit cells with a high density, and stacks adjacent unit cells at regular intervals so as to remove heat generated during charging and discharging.
  • the battery cells themselves are sequentially stacked while being spaced at a predetermined interval without a separate member, or in the case of battery cells having low mechanical rigidity, one or two or more combinations are embedded in a predetermined mounting member and the mounting members are mounted.
  • By stacking a plurality of battery modules can be configured.
  • the latter case is referred to as 'unit module' in the present invention.
  • a flow path of a refrigerant is formed between the battery cells and / or between the unit modules so that heat accumulated between the stacked battery cells can be effectively removed.
  • the coolant inlet and the coolant discharge part are flow spaces through which coolant can be introduced and discharged to effectively cool the generation of heat due to charging and discharging of unit cells, and are formed at upper and lower portions of the pack case in opposite directions.
  • the coolant inlet and the coolant outlet may be formed at the lower and upper portions of the pack case, respectively.
  • the slope of the inclined surface of the upper inner surface of the refrigerant inlet may increase in the direction of the refrigerant inlet.
  • the upper inner surface of the refrigerant inlet may be of a structure comprising two or more continuous inclined surface. That is, inclined surfaces starting from the opposite end of the coolant inlet and increasing in the direction of the coolant inlet may be formed on the upper inner surface of the coolant inlet.
  • the upper inner surface of the refrigerant inlet may be inclined to have two or more inclined surfaces as compared to the case where the upper inner surface of the refrigerant inlet is parallel to the upper end of the battery module or has an inclined surface structure having a single slope. In this case, it was found that the temperature variation of the unit cells is reduced to further improve the performance.
  • the inclined surface of the upper inner surface may include a first inclined surface starting at an opposite end of the coolant inlet, and a second inclined surface having a larger slope than the first inclined surface between the first inclined surface and the coolant inlet.
  • the second inclined surface has a 20 to 500% inclination, preferably 100 to 300% increased inclination with respect to the inclination of the first inclined surface in a range not exceeding 45 degrees relative to the top surface of the battery module. It can be formed as. Since the inclination of the second inclined surface does not exceed 45 degrees, an increase in the size of the pack case can be minimized. Further, since the inclination of the second inclined surface has a size that is at least 20% larger than the inclination of the first inclined surface, the uniformity of the refrigerant flow rate desired in the present invention can be ensured.
  • the first inclined surface may be formed in a structure having an inclination of 15 degrees or less with respect to the top surface of the battery module, preferably may be formed to have an inclination of 2 to 7 degrees, more preferably 3 to 5 It may be made of a structure having a slope of the degree.
  • the second inclined surface may have a structure having an inclination of 10 to 30 degrees with respect to the top surface of the battery module in a range exceeding the inclination of the first inclined surface.
  • the coolant inlet may have various inclinations according to the condition of the device in which the medium / large battery pack is mounted.
  • the coolant inlet may have a structure having an inclination equal to or less than that of the second inclined surface.
  • the coolant inlet when the coolant inlet is required to have a large angle due to the structural limitation of the device in which the battery pack is mounted, the coolant inlet may be configured to have a slope equal to or greater than that of the second inclined surface. to be.
  • the refrigerant inlet may be made of a structure having an inclination of 30 to 60 degrees with respect to the top surface of the battery module in a range exceeding the slope of the second inclined surface. Therefore, even when the angle of a large refrigerant inlet port is required by the condition of the device on which the battery pack is mounted, the above-described characteristic upper inner surface structure can effectively exhibit the desired cooling efficiency.
  • the opposite end of the refrigerant inlet may be formed in a structure spaced apart from the top surface of the battery module to a height of 10% or less based on the height of the battery module.
  • This structure appropriately limits the amount of refrigerant reaching the opposite end of the refrigerant inlet, thereby further improving the uniform distribution effect of the refrigerant to the unit cells.
  • the opposite end of the coolant inlet may be a structure spaced apart from the top surface of the battery module by about 1 to 10 mm, more preferably 1 to 3 mm spaced apart.
  • the battery cell may be a secondary battery or a fuel cell, and the secondary battery may be, for example, a nickel hydride secondary battery or a lithium secondary battery. Among them, a lithium secondary battery having a high energy density and a high discharge voltage is preferable.
  • the charge / discharge unit cell constituting the battery module it may be a square battery and a pouch type battery in terms of shape, and a pouch type battery having a low manufacturing cost and low weight is preferable.
  • the battery pack case according to the present invention has a structure in which cooling efficiency is particularly a problem, that is, the length of the battery pack case corresponding to the unit cell stacking direction is formed relatively longer than the length corresponding to the width direction of the unit cell More preferred in structure.
  • the refrigerant discharge unit may be formed to have a uniform height with respect to the lower end of the battery module. That is, the lower inner surface of the coolant discharge unit facing the lower end of the battery module may have a structure having a uniform height with the lower end of the battery module.
  • some modifications may be made to increase the efficiency of refrigerant discharge.
  • the coolant fan may be provided at the coolant inlet or the coolant outlet so that the coolant introduced from the coolant inlet may quickly and smoothly move to the coolant outlet and be discharged to the outside of the battery pack. May be additionally mounted.
  • the refrigerant introduced through the narrow inlet sufficiently reaches the unit cell far from the inlet at a high flow rate, so that the flow rate of the refrigerant is relatively uniform under the same conditions. The distribution effect is exerted.
  • the pack case is composed of an upper case mounted to the top of the battery module to form a refrigerant inlet, and a lower case mounted to the bottom of the battery module to form a refrigerant discharge, the upper case and the lower case It may be made of a structure that is coupled by a fastening member.
  • a supporting bar for forming a flow path of the refrigerant inlet and a packing member for preventing leakage of the refrigerant are mounted on both upper ends of the refrigerant inlet, and specifically, the packing member is mounted on the upper and lower surfaces of the supporting bar, respectively. It may be a structure.
  • the packing member is not particularly limited as long as it is a material for preventing leakage of the refrigerant, and examples thereof include rubber, foamed polymer resin, and the like.
  • a pair of supporting bars for forming a flow path of the coolant inlet may be mounted in a space between an upper case and a side surface of the battery module, and such a structure may include supporting bars located at upper sides of both sides of the coolant inlet.
  • the passage width of the refrigerant inlet portion can be made larger than that of the structure.
  • a pair of supporting bars for forming a flow path of the refrigerant inlet portion has a '-' shape in a vertical section and is mounted in a space between the upper case and the side of the battery module and a part of both sides of the upper end of the battery module, respectively.
  • the supporting bar may have a structure surrounding the top edge of the battery module.
  • both sides of the coolant inlet are provided with supporting bars for forming a flow path of the coolant inlet, and a packing member for preventing leakage of the coolant is mounted in a space between the upper case and the side surface of the battery module.
  • the width of the refrigerant passage may be as large as the size of the packing member.
  • the structure of forming the flow path width of the coolant discharge portion larger than the flow path width of the unit cell may be various, for example, the lower case may be a structure that is formed in a bracket structure in which both ends protrude upward.
  • the structure of the lower case as described above is preferable because the flow path width of the refrigerant discharge portion can be configured to be larger than the flow path width of the unit cell by adjusting the distance between the brackets.
  • the present invention also provides a battery pack having a structure in which the battery module is mounted on the battery pack case.
  • battery module broadly refers to a structure of a battery system capable of providing high output and large capacity electricity by mechanically coupling two or more charge / discharge battery cells or unit modules and simultaneously electrically connecting them. Therefore, it includes both the case of configuring one device by itself, or part of a large device.
  • a large battery module may be configured by connecting a plurality of small battery modules, or a plurality of unit modules may be connected by connecting a small number of battery cells.
  • the structure of the unit module can be made in a variety of configurations, a preferred example will be described below.
  • the unit module has a structure in which plate-shaped battery cells having electrode terminals formed at upper and lower ends thereof are interconnected in series and / or parallel, and two or more battery cells having a stacked structure by bending the connection portions of the electrode terminals. And, except for the electrode terminal portion may be configured to include a high-strength cell cover coupled to surround the outer surface of the battery cells.
  • the plate-shaped battery cell is a battery cell having a thin thickness and a relatively wide width and length so as to minimize the overall size when it is charged for the configuration of the battery module.
  • a secondary battery having a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and electrode terminals protrude from upper and lower ends thereof, and specifically, a pouch type of an aluminum laminate sheet. It may be a structure in which the electrode assembly is built in the case.
  • a secondary battery having such a structure may be referred to as a pouch type battery cell.
  • These battery cells can be configured as a unit module in a structure wrapped in a high-strength cell cover made of synthetic resin or metal in two or more units, the high-strength cell cover is charged and discharged while protecting the battery cell with low mechanical rigidity It prevents the sealing part of the battery cell from being separated by suppressing the change of repetitive expansion and contraction during the time. Therefore, it becomes possible to manufacture a medium-large battery module with more excellent safety ultimately.
  • the battery cells in the unit module or between the module modules are connected in series and / or in parallel, and in a preferred embodiment, the electrode terminals are arranged with the battery cells arranged longitudinally in series so that their electrode terminals are continuously adjacent to each other.
  • the plurality of unit modules may be manufactured by folding the battery cells in two or more units so as to overlap each other and wrapping the cells in a predetermined unit by the cell cover.
  • Coupling of the electrode terminals may be implemented in various ways, such as welding, soldering, mechanical fastening, preferably by welding.
  • the plurality of battery cells or unit modules, in which electrode terminals are interconnected and filled with high density, may be vertically mounted in a vertically separated case coupled to a prefabricated fastening structure to form the rectangular battery module.
  • the battery pack according to the present invention includes a plurality of unit cells to achieve a high output large capacity, such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle in which high heat generated during charging and discharging seriously emerges in terms of safety. It can be used particularly preferably for the power supply of.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack mounted with a battery module in a conventional battery pack case
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of the battery pack of Figure 1;
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery pack illustrating a case in which the flow path width of the refrigerant discharge part of the battery pack of FIG. 3 is the same as the flow path width of the unit module (comparative example);
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery pack illustrating a case in which the flow path width of the refrigerant discharge part of the battery pack of FIG. 3 is the same as the flow path width of the unit module (comparative example);
  • FIG. 5 is a graph illustrating a result of measuring a temperature change of a unit module in the battery pack of FIGS. 3 and 4;
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery pack in which a battery module is mounted in a battery pack case in which a width of a coolant discharge part and a coolant discharge port is greater than a flow path width of a unit module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery pack illustrating a case in which the flow path width of the coolant discharge part is the same as the flow path width of the unit module in FIG. 6 and the height of the coolant discharge part is higher than the flow path width of the coolant discharge part in FIG. 6 (comparative example). ;
  • FIGS. 6 and 7 are a graph illustrating a result of measuring a temperature change of a unit module in the battery pack of FIGS. 6 and 7;
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a case in which the flow path widths of the coolant discharge unit and the coolant discharge port of the battery pack of FIG. 6 are the same as the flow path width of the unit module;
  • FIGS. 6 and 9 are graph illustrating a result of measuring a temperature change of a unit module in the battery pack of FIGS. 6 and 9;
  • FIG. 11 is a perspective view of a battery pack mounted with a battery module in a battery pack case according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 to 16 are schematic cross-sectional schematic views of a battery pack according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view of one exemplary battery pack to which the battery pack structure of FIG. 3 is applied.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery pack mounted with a battery module in a conventional battery pack case
  • Figure 2 is a vertical cross-sectional schematic diagram of a battery pack mounted with a battery module in the battery pack case of FIG. have.
  • the battery pack 100 includes a battery module 32 in which a plurality of unit cells 30 are stacked and electrically connected, a pack case 70 in which the battery module 32 is mounted, and a refrigerant inlet port. It consists of a refrigerant inlet part 40 which is a flow space from 10 to the battery module 32, and the refrigerant discharge part 50 which is a flow space from the battery module 32 to the refrigerant outlet 20.
  • the coolant flowing from the coolant inlet 10 passes through the flow path 60 formed between the coolant inlet 40 and the unit cells 30 to cool the unit cells 30 and passes through the coolant discharge unit 50 to the coolant outlet. It is discharged to the outside through the (20).
  • the coolant inlet 40 is formed parallel to the stacking direction of the unit cells 30.
  • the flow rate of the coolant inlet 40 tends to flow into the flow path between the unit cells near the coolant outlet 20.
  • the flow rate decreases in the flow path between the unit cells 30 near the refrigerant inlet 10, resulting in uneven cooling between the unit cells 30, and the unit cells near the refrigerant outlet 20 and the unit near the refrigerant inlet 10.
  • the cells will have a high temperature deviation. This phenomenon is because the temperature of the refrigerant inlet 10 increases as the flow rate is driven toward the refrigerant outlet 20.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a battery pack in which a battery module is mounted in a battery pack case in which a flow path width of a coolant discharge unit according to an embodiment of the present invention is larger than a flow path width of a unit module.
  • the coolant inlet 10a and the coolant outlet 20a are located at the upper and lower portions of the pack case 70a in opposite directions, respectively, to cool the unit modules 30a.
  • the battery module 32a has a structure in which 24 unit modules 30a are stacked side by side.
  • the pack case 70a includes a coolant inlet 40a which is a flow space from the coolant inlet 10a to the battery module 32a and a coolant outlet 50a which is a flow space from the battery module 32a to the coolant outlet 20a. It is formed at the top and bottom of each).
  • the flow path width wa of the coolant discharge part 50a is formed to a size of about 110% based on the flow path width Wa of the unit module 30a and the upper inner surface 42a of the coolant inlet part 40a. ) Forms an inclined surface inclined at a predetermined angle (specifically, 5 degrees) in the direction of the opposite end of the refrigerant inlet 10a.
  • FIG. 4 as a comparative example, a perspective view of a battery pack in which the flow path width of the coolant discharge part is the same as the flow path width of the unit module in the battery pack of FIG. 3 is schematically illustrated.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a result of measuring a temperature change of a unit module in the battery pack of FIGS. 3 and 4.
  • the unit module number 1 represents a unit module adjacent to the refrigerant outlets 20a and 20b
  • the unit module number 24 represents a unit module adjacent to the refrigerant inlets 10a and 10b.
  • the temperature measurement experiment was carried out under a condition that a predetermined load is applied to the unit module and the ambient temperature is room temperature.
  • the relative temperature ratio of the unit module No. 1 adjacent to the opposite end of the refrigerant inlet 10a was 22%, and the relative temperature ratio of the unit module No. 23 was 39%. 17% of the temperature deviation occurred
  • the relative temperature ratio of unit module No. 1 adjacent to the opposite end of the refrigerant inlet 10b was 23%, and the relative temperature ratio of unit module No. 20 was 39%.
  • 19% of temperature deviations occurred between unit modules.
  • the battery pack 100a of FIG. 3 has a coolant outlet height Ha equal to the coolant outlet height Hb of FIG. 4 compared to the battery pack 100b of FIG.
  • the width wa of the coolant discharge part 50a is 110% larger than the width wb of the coolant discharge part 50b of FIG. 4, the differential pressure of about 10% decreases.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a battery pack in which a battery module is mounted in a battery pack case having a width of a coolant discharge part and a coolant discharge port greater than a width of a flow path of a unit module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100c includes a battery pack case 70c in which a flow path width wc of the coolant discharge part 50c and the coolant discharge port 20c is larger than a flow path width Wc of the unit module 30c.
  • the battery module 32c is attached.
  • the battery module 32c has a structure in which 36 unit modules 30c are stacked side by side.
  • the flow path width wc of the coolant discharge part 50c and the coolant discharge port 20c is formed to a size of about 130% based on the flow path width Wc of the unit module 30c.
  • the upper inner surface 42c of the refrigerant inlet 40c has a structure in which the slope of the inclined surface starting at the opposite end increases in the direction of the refrigerant inlet 10c with respect to the upper end of the battery module 32c.
  • the cross sectional area of the coolant decreases away from the coolant inlet 10c. It is gradually reduced by the inclined surfaces (a, b) of the slope. In this process, the moving speed of the refrigerant gradually increases, but the flow rate of the refrigerant decreases, and a uniform amount is introduced for each flow path while the refrigerant reaches the unit modules 30c located far from the refrigerant inlet 10c.
  • the first inclined surface (a) has an inclination of approximately 5 degrees with respect to the top surface of the battery module, and the second inclined surface (b) is 100 inclined with respect to the inclination of the first inclined surface (a). It is formed on the upper inner surface 42c of the refrigerant inlet portion 40c, respectively, with a slope of approximately 10 degrees increased by%.
  • the coolant inlet 10c is formed to have an inclination of 30 degrees and a larger inclination of 10 degrees of the second inclined surface b. Accordingly, the refrigerant introduced through the refrigerant inlet 10c passes through the point where the second inclined surface b starts and reaches the opposite end of the refrigerant inlet 10c as the flow velocity becomes faster, so that the refrigerant inlet 10c is adjacent to the refrigerant inlet 10c. All of the unit modules 30 located at a distance from the unit modules and the refrigerant inlet 10c may be uniformly cooled.
  • the coolant inlet 40c since the inclination of the coolant inlet 40c gradually decreases toward the opposite end of the coolant inlet 10c, the coolant flows in the coolant outlet 20c. It is possible to prevent the phenomenon of being driven to the side, so that the temperature of the unit modules 30c adjacent to the refrigerant inlet 10c can be effectively prevented from rising.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery pack illustrating a case in which the flow path width of the coolant discharge part is the same as the flow path width of the unit module in the battery pack of FIG. 6 and the height of the coolant discharge part is higher than the height of the coolant discharge part of FIG. 6. It is schematically illustrated.
  • the battery pack 100d has a flow path width wd of the coolant discharge part 50d equal to the flow path width Wd of the unit module 30d and a height Hd of the coolant discharge part wd. Is 130% larger structure based on the height of the refrigerant discharge portion (Hc) of FIG.
  • the relative temperature ratio of the unit module No. 1 adjacent to the opposite end of the refrigerant inlet 10c is about 13%, and the unit module no.
  • the relative temperature ratio was about 23%, and the temperature deviation between the unit modules 30c occurred about 10%.
  • the temperature ratio was about 13.5%, the relative temperature ratio of unit module No. 28 was about 23%, and the temperature deviation between the unit modules 30d was about 9.5%.
  • the battery pack 100c of FIG. 6 was found to have almost the same temperature difference between the unit modules and the differential pressure as compared with the battery pack 100d of FIG. 7.
  • the width Hc of the coolant discharge unit 50c is lower than the height Hd of the coolant discharge unit 50d of FIG. 7.
  • the inner space area of the refrigerant discharge part 50c of FIG. 6 and the internal space area of the refrigerant discharge part 50d of FIG. 7 are the same by forming wc larger than the flow path width Wc of the battery module 32c. It is understood that it is.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating a case in which the widths of the flow paths of the coolant discharge part and the coolant discharge port of the battery pack of FIG. 6 are the same as the flow path width of the unit module.
  • the flow path width we of the coolant discharge unit 50e and the coolant discharge port 20e is the same as that of the flow path width We of the unit module 30e. Since it is the same as the battery pack 100c, detailed description thereof will be omitted.
  • FIGS. 6 and 9 are graph illustrating a result of measuring a temperature change of a unit module in the battery pack of FIGS. 6 and 9.
  • the relative temperature ratio of unit module No. 1 adjacent to the opposite end of the refrigerant inlet 10c is about 13%, and unit module no.
  • the relative temperature ratio was about 23%, and the temperature deviation between the unit modules 30c was 10%, and the relative temperature of unit module No. 1 adjacent to the opposite end of the refrigerant inlet port 10e in the battery pack 100e of FIG.
  • the ratio was about 7% and the relative temperature ratio of unit module No. 28 was about 28%, resulting in a temperature variation of about 21% between the unit modules 30e.
  • the battery pack 100e of FIG. 9 has an 18% difference in temperature deviation between the unit modules and a difference in pressure increases about 30% compared to the battery pack 100c of FIG. 6.
  • the height He of the refrigerant discharge unit 50e is 30% lower than the height Hd of the refrigerant discharge unit 50d of FIG. 7, compared to the battery pack 100d of FIG. 7.
  • the flow path width we of the coolant discharge part 50e is not formed to be 130% larger than the flow path width We of the unit module 30e like the battery pack 100c of FIG. This is because the internal space area of the discharge part 50e is formed smaller than the internal space area of the refrigerant discharge part 50c of FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a battery pack in which a battery module is mounted in a battery pack case according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a partial vertical cross-sectional schematic view of FIG. 11.
  • the flow path width wf of the coolant inlet 40f and the coolant discharge part 50f is 130 based on the flow path width Wf of the unit module 30f. Since it is formed in the size of%, the differential pressure decreases by 30% by the magnitude
  • the flow path width of the battery module mounting part 60f which is a flow space from the coolant inlet part 40f to the coolant discharge part 50f, is equal to the flow path width wf of the coolant inlet part 40f and the coolant discharge part 50f.
  • 13 to 16 illustrate vertical cross-sectional schematics of a battery pack according to various embodiments of the present disclosure.
  • a supporting bar 204 for forming a flow path of the refrigerant inlet and a packing member 206 for preventing leakage of the refrigerant are mounted at both upper ends of the refrigerant inlet, and the packing member 206 is the supporting bar 204. It is mounted on the upper and lower surfaces of, respectively.
  • the flow path width E of the battery module 202 is larger than the flow path width D of the coolant inlet and smaller than the flow path width B of the coolant discharge part.
  • a pair of supporting bars 204a for forming a flow path of a refrigerant inlet part are mounted in a space between an upper case 208 and a side surface of the battery module 202, respectively.
  • the flow path width E1 of 202 is formed to be smaller than the flow path width D1 of the coolant inlet and the flow path width B1 of the coolant discharge part.
  • a packing member (not shown) may be further added between the supporting bar 204a and the upper case 208 and / or between the supporting bar 204a and the battery module 202.
  • a pair of supporting bars 204b for forming a flow path of a coolant inlet portion have a '-' shape in a vertical cross section between the upper case 208 and the side surface of the battery module 202. It is mounted on the space and a part of both sides of the upper end of the battery module 202, specifically, the supporting bar 204b is formed in a form surrounding the upper edge of the battery module 202.
  • the flow path width E2 of the battery module 202 is formed to be smaller than the flow path width D2 of the coolant inlet part and the flow path width B2 of the coolant discharge part.
  • a packing member (not shown) is provided between the supporting bar 204b and the upper case 208 and / or between the supporting bar 204b and the battery module 202. Of course, it can be added.
  • the supporting bar 204 is mounted on both sides of the refrigerant inlet to form a flow path of the refrigerant inlet, and a packing member 206a for preventing leakage of the refrigerant is provided in the upper case 208. ) And a side surface of the battery module 202.
  • the supporting bar 204 of the battery module 202 does not substantially affect the coolant flow path due to the spaced portion from the upper case 208.
  • the flow path width E3 of the battery module 202 is formed to be smaller than the flow path width D3 of the coolant inlet part and the flow path width B3 of the coolant discharge part.
  • the battery pack 800 includes a battery module assembly 300, a front support member 570 and a rear support member (not shown), a pair of side support members, and a lower support member (not shown). ), Three first upper mounting members 502, 504, 506, a second upper mounting member 510, and a rear mounting member 520.
  • the triangular bracket 600 is coupled between the front support member 570 and the rear mounting member 520 to share the load of the battery module with the rear mounting member 520 through the front support member 570.
  • the battery module assembly 300 includes battery modules 300a and 300b stacked in two rows, in which unit modules are stacked in an inverted form, and the front support member 570 and the rear support member (not shown) The front and rear surfaces of the battery module assembly 300 are respectively supported in close contact with the outermost battery modules of the battery module assembly 300.
  • the lower support member (not shown) is coupled to the lower end of the front support member 570 and the rear support member (not shown) to support the lower end of the battery module assembly 300.
  • first upper mounting members 502, 504, 506 are coupled to the lower end of the battery modules 300a and 300b inverted from the upper end of the front support member 570 and the rear support member (not shown). , One end portion is configured to be fastened to the external device.
  • the front mounting member 510 has a U-shaped frame structure, is located on the front surface of the battery module assembly 300, and both ends thereof are fastened to an external device (eg, a vehicle).
  • an external device eg, a vehicle
  • One end of the triangular bracket 600 is coupled to the front support member 570, and opposite ends thereof are coupled to the rear mounting member 520.
  • the rear mounting member 520 coupled by the triangular bracket 600 partially supports the load of the battery pack.
  • the refrigerant flows into the upper right side of the battery module assembly 300 and cools the battery cells, and is configured to be discharged to the lower left side of the battery module assembly 300.
  • the width of the coolant inlet of the battery pack case and / or the width of the coolant outlet of the battery pack case is larger than that of the unit cell, so that the height of the coolant inlet and / or the height of the coolant outlet is low. Even if the pressure difference is reduced, the uniformity of the flow distribution of the refrigerant can be improved, the heat accumulated between the unit cells can be effectively removed, and ultimately, the performance and life of the battery can be greatly improved.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 각각 위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 냉매의 균일성을 확보할 수 있도록, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 전지팩 케이스를 제공한다.

Description

신규한 구조의 전지팩 케이스
본 발명은 신규한 구조의 전지팩 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 각각 위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 냉매의 균일성을 확보할 수 있도록, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 전지팩 케이스에 관한 것이다.
최근, 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) 등의 동력원으로서도 주목받고 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 전지셀로서 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.
중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
한편, 다수의 전지셀들로 구성된 중대형 전지팩에서, 일부 전지셀의 성능 저하는 전체 전지팩의 성능 저하를 초래하게 된다. 이러한 성능 불균일성을 유발하는 주요 원인 중의 하나는 전지셀들 간의 냉각 불균일성에 의한 것이므로, 냉매의 유동시 냉각 균일성을 확보할 수 있는 구조가 요구된다.
종래기술에 따른 중대형 전지팩들 중에는, 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대 방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간의 상면과 하면이 평행한 구조로 형성되어 있는 팩 케이스를 사용하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 구조에서는, 유량이 냉매 배출구 근처의 전지셀들 사이의 유로에 많이 유입되는 경향이 나타나고, 냉매 유입구 근처의 유로에는 유량이 많이 감소하여 전지셀들 간의 균일한 냉각이 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
이와 관련하여, 한국 특허출원공개 제2006-0037600호, 제2006-0037601호 및 제2006-0037627호에는 전지셀들의 대향면에 대하여 경사지게 형성되는 공기 가이드면이 냉매 유입구에서 멀어질수록 상기 전지셀들에 더 가까워지도록 하향 경사지게 설치되어 있는 중대형 전지팩이 제시되어 있다. 구체적으로, 전지셀들의 대향면에 대해 15 내지 45도의 범위에서 공기 가이드면이 일정한 기울기로 형성됨으로써, 냉매 배출구 근처의 전지셀 유로 냉매가 몰리는 현상을 억제하고 있다.
그러나, 본 출원의 발명자들이 확인한 바로는, 상기와 같은 구조에도 불구하고 전지셀들 사이에 상당한 온도 편차가 존재하여, 소망하는 수준의 온도 균일성을 달성할 수 없다는 문제가 존재한다.
한편, 차량용 전지팩의 경우 요구하는 전지 용량이 커짐에 따라 에너지 밀도가 증가하고 전체적인 팩 사이즈가 커졌으나, 이에 비해 빈 공간은 충분하지 않아 전지팩 내부에서 유로가 차지하는 공간이 점점 감소되고 있다.
또한, 종래의 전지팩에서 냉각 유로의 폭을 전지모듈 또는 전지셀의 폭과 동일하게 사용하기 때문에 제한된 전지팩 사이즈에서 에너지 밀도를 높이기 위해 냉각 유로의 높이를 낮추는 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 냉각 유로의 높이를 낮추면 유로에 걸리는 압력이 상승하여 유동 편차에 문제가 발생하게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 전지팩 케이스에 대한 다양한 실험들과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭을 단위 셀의 유로 폭보다 큰 구조로 형성할 경우, 놀랍게도, 냉매 유입부의 높이 및/또는 냉매 배출부의 높이가 낮아지더라도 단위 셀들 사이의 유로에 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 분배하고 차압을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 단위 셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거하고, 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩 케이스는, 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 각각 위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 냉매의 균일성을 확보할 수 있도록, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩 케이스는, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있으므로, 냉매 유입부의 높이 및/또는 냉매 배출부의 높이가 낮아지더라도, 낮아지는 높이에 따른 차압과 유동 편차를 최소화하여, 단위 셀의 충방전 시 발생한 열을 균일한 냉매의 유동에 의해 효과적으로 제거할 수 있다. 결과적으로, 전지팩의 냉각 효율성을 높이고 단위 셀들의 작동 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 구조에서 냉매 유입부와 냉매 배출부의 유로 폭은, 필요로 하는 전지팩 크기에 따라 냉매 유입부의 유로 폭 또는 냉매 배출부의 유로 폭 만이 단위 셀의 유로 폭보다 크거나, 냉매 유입부의 유로 폭과 냉매 배출부의 유로 폭 모두가 단위 셀의 유로 폭보다 클 수 있다.
상기 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭은 유동이 균일해진 상태의 덕트 상태에서 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 높이가 낮아지는 비율만큼 넓어지는 것이 바람직하여, 예를 들어, 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105 내지 500%의 크기로 형성될 수 있다.
구체적으로, 냉매 유입부의 높이 및/또는 냉매 배출부의 높이가 낮아질 때, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105%의 크기보다 작게 이루어지는 경우 소망하는 냉매 유로의 차압과 유동 편차를 최소화하기 어렵고, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 500%의 크기보다 크게 이루어지는 경우 전체적인 팩 케이스의 크기가 증가하므로 바람직하지 않다.
하나의 바람직한 예에서, 전지팩 케이스는 상기 단위셀들의 전극단자들을 냉각할 수 있도록, 냉매 유입부로부터 냉매 배출부에 이르는 유동 공간('전지모듈 장착부')의 유로 폭은 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 전지모듈 장착부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있으므로, 단위 셀들의 전극단자들이 위치하고 있는 부위에도 냉매가 흐르게 되어 단위 셀들의 전극단자들을 효과적으로 냉각할 수 있다.
특히, 상기 구조는 발열이 많이 발생하는 부위인 단위 셀들의 전극단자들을 냉각하여, 전극단자들의 과열을 방지하는 제열 능력을 크게 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
이 경우, 전지모듈 장착부의 유로 폭은 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105 내지 500%의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 전지모듈 장착부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105%의 크기보다 작게 이루어지는 경우 소망하는 단위 셀들의 전극단자를 효과적으로 냉각하기 어렵고, 전지모듈 장착부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 500%의 크기보다 크게 이루어지는 경우 전체적인 팩 케이스의 크기가 증가하므로 바람직하지 않다.
상기 냉매 배출부의 수직 단면적은 냉매 유입구의 수직 단면적을 기준으로 100 내지 300%의 크기로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150 내지 250%의 크기로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 냉매 배출부의 수직 단면적이 냉매 유입구의 수직 단면적을 기준으로 100%의 크기보다 작게 이루어지는 경우 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 지나 냉매 배출부를 통과하는 과정에서 차압에 의해 냉매의 유동 편차가 커지는 문제점이 있고, 냉매 배출부의 수직 단면적이 냉매 유입구의 수직 단면적을 기준으로 300%의 크기보다 크게 이루어지는 경우 팩 케이스의 전체 크기가 증가하므로 바람직하지 않다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 전지모듈의 상단부에 대면하는 냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서 시작하는 경사면의 기울기가 전지모듈의 상단부를 기준으로 냉매 유입구 방향으로 증가하는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 냉매 유입부의 상단 내면이 냉매 유입구의 대향 단부(냉매 배출구 쪽의 단부)에서 시작하는 경사면의 기울기가 전지모듈의 상단부를 기준으로 냉매 유입구 방향으로 증가하는 구조로 형성되어 있어서, 단위 셀(전지셀 또는 단위모듈)들 사이의 유로로 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 하여, 단위 셀의 충방전 시 발생한 열을 균일한 냉매의 유동에 의해 효과적으로 제거할 수 있다.
여기서, '기울기가 증가한다'는 것은, 냉매 유입구 쪽의 경사면이 냉매 유입구의 대향 단부 쪽에 위치하는 경사면보다 기울기가 크다는 것을 의미한다. 따라서, 경사면은 냉매 유입구 방향으로 연속적으로 증가하거나, 불연속적으로 증가할 수 있다. 여기서, '불연속적으로 증가한다'는 것은 경사면들의 접경 부위에 실질적으로 기울기가 0도인 부위가 존재할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 상호 인접한 경사면들 사이에 부분적으로 전지모듈의 상단부를 기준으로 0도의 기울기를 가진 부위가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩 케이스에 장착되는 전지모듈은 다수의 단위 셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 단위 셀들을 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 소정의 장착부재에 내장하고 이러한 장착부재들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 후자의 경우를 본 발명에서는 '단위모듈'로 칭한다.
다수의 단위모듈들을 적층하여 전지모듈을 구성하는 경우에는, 적층된 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 사이 및/또는 단위모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
상기 냉매 유입부 및 냉매 배출부는 단위 셀들의 충방전에 따른 열의 발생을 효과적으로 냉각시키기 위한 냉매가 유입 및 배출될 수 있는 유동 공간으로서, 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부와 하부에 각각 형성되어 있다. 경우에 따라서는, 냉매 유입부와 냉매 배출부가 팩 케이스의 하부와 상부에 각각 형성될 수도 있다. 냉매 유입부의 상단 내면의 경사면 기울기가 냉매 유입구 방향으로 증가하는 구조는 다양할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 냉매 유입부의 상단 내면은 둘 또는 그 이상의 연속적인 경사면을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 냉매 유입구의 대향 단부에서 시작하여 냉매 유입구 방향으로 기울기가 증가하는 경사면들이 냉매 유입구의 상단 내면에 형성될 수 있다.
본 출원의 발명자들이 수행한 실험에 따르면, 냉매 유입부의 상단 내면이 전지모듈의 상단부와 평행하거나 또는 단일 기울기의 경사면 구조로 이루어진 경우와 비교하여, 냉매 유입부의 상단 내면이 둘 또는 그 이상의 경사면 구조로 이루어진 경우, 단위 셀들의 온도 편차를 줄여 그 성능을 더욱 향상시키는 것으로 확인되었다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 상단 내면의 경사면은 냉매 유입구의 대향 단부에서 시작하는 제 1 경사면, 및 상기 제 1 경사면과 냉매 유입구 사이에서 제 1 경사면 보다 큰 기울기의 제 2 경사면으로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 제 2 경사면은 전지모듈의 상단면을 기준으로 45도를 초과하지 않는 범위에서 제 1 경사면의 기울기에 대해 20 내지 500% 증가한 기울기, 바람직하게는 100 내지 300% 증가한 기울기를 가지는 구조로 형성될 수 있다. 제 2 경사면의 기울기가 45도를 초과하지 않으므로, 팩 케이스의 크기 증가를 최소화할 수 있다. 또한, 제 2 경사면의 기울기가 제 1 경사면의 기울기보다 적어도 20% 큰 크기를 가지므로, 본 발명에서 소망하는 냉매 유량의 균일성을 확보할 수 있다.
상기 제 1 경사면은 전지모듈의 상단면을 기준으로 15도 이하의 기울기를 가지는 구조로 형성될 수 있고, 바람직하게는 2 내지 7도의 기울기를 가지도록 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 3 내지 5도의 기울기를 가지는 구조로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 제 2 경사면은 제 1 경사면의 기울기를 초과하는 범위에서 전지모듈의 상단면을 기준으로 10 내지 30도의 기울기를 가지는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 냉매 유입구는 중대형 전지팩이 장착되는 디바이스의 조건에 따라 다양한 기울기를 가질 수 있으며, 예를 들어, 제 2 경사면과 동일하거나 그 보다 작은 기울기를 가지는 구조로 이루어 질 수 있다.
경우에 따라서는, 전지팩이 장착되는 디바이스의 구조적 한계로 인해 냉매 유입구의 각도가 큰 것을 요구하는 경우, 상기 냉매 유입구는 제 2 경사면과 동일하거나 그 보다 큰 기울기를 가지는 구조로 이루어질 수 있음은 물론이다.
본 출원의 발명자들이 실험적으로 확인한 바로는, 냉매 유입부의 상단 내면이 앞서 정의한 바와 같은 특정한 경사 구조로 이루어진 경우, 냉매 유로의 유량 균일성에 대해 냉매 유입구의 각도가 미치는 영향이 미미한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 냉매 유입부의 상단 내면을 본 발명에서와 같이 특정한 경사 구조로 만드는 경우, 디바이스의 장착 조건에 따라 냉매 유입구의 각도를 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있다.
하나의 바람직한 예에서, 냉매 유입구는 제 2 경사면의 기울기를 초과하는 범위에서 전지모듈의 상단면을 기준으로 30 내지 60도의 기울기를 가지는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지팩이 장착되는 디바이스의 조건에 의해 큰 냉매 유입구의 각도를 필요로 하는 경우에도, 상기와 같은 특징적인 상단 내면 구조에 의해 목적하는 냉각 효율성을 효과적으로 발휘할 수 있다.
한편, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 전지모듈의 높이를 기준으로 10% 이하의 높이로 전지모듈의 상단면으로부터 이격되어 있는 구조로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 구조는 냉매 유입구의 대향 단부에 도달하는 냉매의 양을 적절히 제한하므로, 단위 셀들에 대한 냉매의 균일한 분배 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 바람직하게는 전지모듈의 상단면으로부터 1 내지 10 mm 정도 이격된 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 mm 정도 이격된 구조일 수 있다.
상기 전지셀은 이차전지 또는 연료 전지일 수 있고, 이차전지는 대표적으로 니켈 수소 이차전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도가 높고 방전 전압이 큰 리튬 이차전지가 바람직하다. 전지모듈을 구성하는 충방전 단위셀로서 형상 면에서는 각형 전지와 파우치형 전지일 수 있으며, 제조비용이 낮고 중량이 적은 파우치형 전지가 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩 케이스는 냉각 효율성이 특히 문제가 되는 구조, 즉, 단위 셀 적층방향에 대응하는 전지팩 케이스의 길이가 단위 셀의 폭 방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있는 구조에서 더욱 바람직하다.
한편, 상기 냉매 배출부는 전지모듈의 하단부에 대해 균일한 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 전지모듈의 하단부에 대면하는 냉매 배출부의 하단 내면은 전지모듈의 하단과 균일한 높이를 가지는 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 냉매 배출의 효율성을 높이기 위해 일부 변형된 구조도 가능함은 물론이다.
경우에 따라서는, 상기 냉매 유입구 또는 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 신속하고 원활하게 냉매 배출구로 이동하여 전지팩 외부로 배출될 수 있도록, 바람직하게는, 송풍 팬이 추가로 장착될 수 있다. 이러한 구조에서, 송풍 팬에 의해 발생한 냉매의 유동 구동력에 의해, 좁은 유입구를 통해 유입된 냉매는 빠른 유속으로 유입구에서 멀리 떨어진 단위 셀까지 충분히 도달하여, 냉매의 유량이 동일한 조건에서 상대적으로 균일한 유량 분배 효과를 발휘한다.
한편, 상기 팩 케이스는 냉매 유입부를 형성하기 위해 전지모듈의 상부에 장착되는 상부 케이스와, 냉매 배출부를 형성하기 위해 전지모듈의 하부에 장착되는 하부 케이스로 구성되어 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 체결부재에 의해 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 냉매 유입부의 양측 상단에는 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 서포팅 바와 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재가 장착되어 있고, 구체적으로는 상기 팩킹 부재는 서포팅 바의 상면과 하면에 각각 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 팩킹 부재는 냉매의 누출을 방지하기 위한 소재이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 고무, 발포 고분자 수지 등을 들 수 있다.
이러한 팩 케이스 구조에서, 서포팅 바의 형상 및 장착 구조, 팩킹 부재의 장착 위치 등을 변화시켜, 냉매 유입부의 유로 폭을 단위 셀의 유로 폭(전지모듈의 유로 폭)보다 크게 형성하는 구조를 다양하게 구성될 수 있다.
첫 번째 예로서, 상기 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바가 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간에 각각 장착되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조는 서포팅 바가 냉매 유입부의 양측 상단에 위치한 구조보다 냉매 유입부의 유로 폭을 크게 할 수 있다.
두 번째 예로서, 상기 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바가 수직 단면상 'ㄱ'자 형상을 가지고 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간과 전지모듈의 상단 양측 일부에 각각 장착되어 있는 구조일 수 있으며, 구체적으로, 서포팅 바는 전지모듈의 상단 모서리를 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
세 번째 예로서, 상기 냉매 유입부의 양측에는 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 서포팅 바가 장착되어 있고, 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재가 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간에 장착되어 있는 구조일 수 있으며, 팩킹 부재의 크기만큼 냉매 유로의 폭을 크게 구성할 수 있다.
한편, 냉매 배출부의 유로 폭을 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성하는 구조도 다양할 수 있으며, 예를 들어, 상기 하부 케이스는 양측 단부가 상향 돌출되어 있는 브라켓 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기와 같은 하부 케이스의 구조는 브라켓 사이의 거리를 조절하여 냉매 배출부의 유로 폭을 단위 셀의 유로 폭보다 크게 구성할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 전지팩을 제공한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "전지모듈"은 둘 또는 그 이상의 충방전 전지셀들 또는 단위모듈들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 소형 전지모듈을 다수 개 연결한 대형 전지모듈의 구성도 가능하고, 전지셀들을 소수 연결한 단위모듈을 다수 개 연결한 구성도 가능하다.
한편, 상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서 설명한다.
단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 직렬 및/또는 병렬로 상호 연결되어 있는 구조로서, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 전지셀이다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.
이러한 전지셀들은 2 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.
단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 전극단자들을 결합시킨 뒤, 2 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들은, 바람직하게는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.
단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호와 제2006-45444호에 개시되어 있으며, 상기 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
본 발명에 따른 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 단위 셀들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원에 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지팩의 수직 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 배출부의 일부 폭이 단위모듈의 유로 폭보다 큰 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도이다;
도 4는 도 3의 전지팩에서 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭과 동일한 경우(비교예)를 나타내는 전지팩의 사시도이다;
도 5는 도 3과 도 4의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매 배출부 및 냉매 배출구의 폭이 단위모듈의 유로 폭보다 큰 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도이다;
도 7은 도 6의 전지팩에서 냉매 배출부의 유로 폭이 단위모듈의 유로 폭과 동일하고 냉매 배출부의 높이가 도 6의 냉매 배출부의 유로 폭보다 높은 경우(비교예)를 나타내는 전지팩의 사시도이다;
도 8은 도 6과 도 7의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 9는 도 6의 전지팩에서 냉매 배출부 및 냉매 배출구의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭과 동일한 경우를 나타내는 사시도이다;
도 10은 도 6과 도 9의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도이다;
도 12는 도 11의 부분 수직 단면 모식도이다;
도 13 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전지팩의 수직 단면 모식도들이다;
도 17은 도 3의 전지팩 구조가 적용되는 하나의 예시적인 전지팩의 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 종래의 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 단위 셀들(30) 다수 개가 적층되어 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈(32)과, 이러한 전지모듈(32)이 장착되는 팩 케이스(70), 냉매 유입구(10)로부터 전지모듈(32)에 이르는 유동 공간인 냉매 유입부(40)와 전지모듈(32)로부터 냉매 배출구(20)에 이르는 유동 공간인 냉매 배출부(50)로 구성되어 있다.
냉매 유입구(10)로부터 유입된 냉매는 냉매 유입부(40) 및 단위 셀들(30) 사이에 형성된 유로(60)를 통과하면서 단위 셀들(30)을 냉각시키고 냉매 배출부(50)를 지나 냉매 배출구(20)를 통하여 외부로 배출된다.
냉매 유입부(40)는 단위 셀들(30)의 적층방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기와 같은 구조의 경우, 유량이 냉매 배출구(20) 근처의 단위 셀들사이의 유로에 많이 유입되는 경향이 나타나고, 냉매 유입구(10) 근처의 단위 셀들(30) 사이의 유로에는 유량이 감소하여 단위 셀들(30) 간의 냉각이 불균일하고, 냉매 배출구(20) 근처의 단위 셀들과 냉매 유입구(10) 근처의 단위셀들은 높은 온도 편차를 가지게 된다. 이러한 현상은 유량이 냉매 배출구(20)가 있는 쪽으로 몰리면서 냉매 유입구(10) 측의 온도가 상승하기 때문이다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭보다 큰 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3의 전지팩(100a)을 참조하면, 냉매 유입구(10a)와 냉매 배출구(20a)가 상호 반대방향으로 팩 케이스(70a)의 상부와 하부에 각각 위치하고 있어서, 단위모듈들(30a)의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈(32a)의 일측으로부터 대향측으로 유동한다. 전지모듈(32a)은 24개 단위모듈들(30a)이 측면으로 적층된 구조로 구성되어 있다.
냉매 유입구(10a)로부터 전지모듈(32a)에 이르는 유동 공간인 냉매 유입부(40a)와 전지모듈(32a)로부터 냉매 배출구(20a)에 이르는 유동 공간인 냉매 배출부(50a)가 팩 케이스(70a)의 상부와 하부에 각각 형성되어 있다.
또한, 냉매 배출부(50a)의 유로 폭(wa)은 단위 모듈(30a)의 유로 폭(Wa)을 기준으로 약 110%의 크기로 형성되어 있고, 냉매 유입부(40a)의 상단 내면(42a)이 냉매 유입구(10a)의 대향 단부 방향으로 일정한 각도(구체적으로는 5도)로 기울어진 경사면을 이루고 있다.
도 4에는, 비교예로서, 도 3의 전지팩에서 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭과 동일한 경우를 나타내는 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4의 전지팩(100b)을 참조하면, 냉매 배출부(50b)의 유로 폭(wb)이 단위 모듈(30b)의 유로 폭(Wb)과 동일한 것을 제외하고는 도 3의 전지팩(100a)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에는 도 3과 도 4의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 5는 도 3의 팩 케이스(70a)와 도 4의 팩 케이스(70b) 구조에서, 팩 케이스(70a, 70b) 내에 적층되어 있는 단위모듈들(30a, 30b)의 온도를 냉매 배출구(20a, 20b)에 인접한 단위모듈로부터 냉매 유입구(10a, 10b)에 위치한 단위모듈까지 각각 측정한 결과를 나타내고 있다. 즉, 단위모듈 번호 1은 냉매 배출구(20a, 20b)에 인접한 단위모듈을 나타내고, 단위모듈 번호 24는 냉매 유입구(10a, 10b)에 인접한 단위모듈을 의미한다.
상기 온도 측정 실험은 단위모듈에 소정의 부하를 인가하고 외기 온도가 상온인 조건에서 실시하였다. 실험 결과, 도 3의 전지팩(100a)에서 냉매 유입구(10a)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 22%, 단위모듈 번호 23의 상대 온도비율이 39%로서, 단위모듈들 간의 온도 편차가 17% 발생하였고, 도 4의 전지팩(100b)에서 냉매 유입구(10b)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 23%, 단위모듈 번호 20의 상대 온도비율이 39%로서, 단위모듈들 간의 온도 편차가 19% 발생하였다.
따라서, 도 3의 전지팩(100a)은 도 4의 전지팩(100b)과 비교하여 냉매 배출부 높이(Ha)가 도 4의 냉매 배출부 높이(Hb)와 동일하므로 단위모듈들 간의 온도 편차는 거의 동일한 반면, 냉매 배출부(50a)의 폭(wa)이 도 4의 냉매 배출부(50b)의 폭(wb)보다 110% 크게 형성되어 있으므로 10% 정도의 차압이 하락하였다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매 배출부 및 냉매 배출구의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭보다 큰 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지팩(100c)은 냉매 배출부(50c) 및 냉매 배출구(20c)의 유로 폭(wc)이 단위 모듈(30c)의 유로 폭(Wc)보다 큰 전지팩 케이스(70c)에 전지모듈(32c)을 장착하고 있다. 전지모듈(32c)은 36개 단위모듈들(30c)이 측면으로 적층된 구조로 구성되어 있다.
또한, 냉매 배출부(50c) 및 냉매 배출구(20c)의 유로 폭(wc)은 단위 모듈 (30c)의 유로 폭(Wc)을 기준으로 약 130%의 크기로 형성되어 있다.
냉매 유입부(40c)의 상단 내면(42c)은, 대향 단부에서 시작하는 경사면의 기울기가 전지모듈(32c)의 상단부를 기준으로 냉매 유입구(10c) 방향으로 증가하는 구조로서, 냉매 유입구(10c)의 대향 단부에서 시작하는 제 1 경사면(a), 및 제 1 경사면(a)과 냉매 유입구(10c) 사이에서 제 1 경사면(a) 보다 큰 기울기를 가지는 제 2 경사면(b)을 포함하고 있다.
냉매가 냉매 유입구(10c)로부터 도입되어 제 1 경사면(a)과 제 2 경사면(b)의 냉매 유입부(40c)를 따라 이동할 때, 냉매의 유동 단면적은 냉매 유입구(10c)에서 멀어질수록 감소하는 기울기의 경사면(a, b)에 의해 점차 줄어들게 된다. 이 과정에서 냉매의 이동 속도는 점차 빨라지지만 냉매 유량은 감소하게 되어, 냉매가 냉매 유입구(10c)로부터 먼 거리에 위치한 단위모듈들(30c)까지 도달하면서 각각의 유로 별로 균일한 양이 도입된다.
냉매의 균일성을 높일 수 있도록, 제 1 경사면(a)은 전지모듈의 상단면을 기준으로 대략 5도의 기울기를 가지고 있고, 제 2 경사면(b)은 제 1 경사면(a)의 기울기에 대해 100% 증가한 대략 10도의 기울기를 가지면서 각각 냉매 유입부(40c)의 상단 내면(42c)에 형성되어 있다.
한편, 냉매 유입구(10c)는 기울기가 30도로서 제 2 경사면(b)의 기울기 10도 보다 크게 형성되어 있다. 따라서, 냉매 유입구(10c)를 통해 유입된 냉매는 제 2 경사면(b)이 시작되는 지점을 통과하며 유속이 점점 빨라지면서 냉매 유입구(10c)의 대향 단부까지 도달하므로, 냉매 유입구(10c)와 인접한 단위모듈들과 냉매 유입구(10c)로부터 먼 거리에 위치한 단위모듈들(30) 모두가 균일하게 냉각될 수 있다.
또한, 전지팩 케이스(70c)에서, 냉매 유입부(40c)의 기울기가 냉매 유입구(10c)의 대향 단부로 갈수록 점점 작아지면서 단계별로 경사진 구조로 이루어져 있으므로, 냉매 유량이 냉매 배출구(20c)가 있는 쪽으로 몰리는 현상을 방지할 수 있어서, 냉매 유입구(10c)에 인접한 단위모듈들(30c)의 온도가 상승하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7에는, 비교예로서, 도 6의 전지팩에서 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭과 동일하고 냉매 배출부의 높이가 도 6의 냉매 배출부의 높이보다 높은 경우를 나타내는 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전지팩(100d)은 냉매 배출부(50d)의 유로 폭(wd)이 단위 모듈(30d)의 유로 폭(Wd)과 동일하고 냉매 배출부(wd)의 높이(Hd)가 도 6의 냉매 배출부 높이(Hc)를 기준으로 130% 큰 구조로 구성되어 있다.
도 8에는 도 6과 도 7의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 8을 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 도 6의 전지팩(100c)에서 냉매 유입구(10c)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 약 13%, 단위모듈 번호 28의 상대 온도비율이 약 23%로서, 단위모듈들(30c) 간의 온도 편차가 약 10% 발생하였고, 도 7의 전지팩(100d)에서 냉매 유입구(10d)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 약 13.5%, 단위모듈 번호 28의 상대 온도비율이 약 23%로서, 단위모듈들(30d) 간의 온도 편차가 약 9.5% 발생하였다.
따라서, 도 6의 전지팩(100c)은 도 7의 전지팩(100d)과 비교하여 단위모듈들 간의 온도 편차는 거의 동일하고 차압도 동일함을 확인할 수 있었다. 이는 도 6의 전지팩(100c) 구조에서 냉매 배출부(50c)의 높이(Hc)가 도 7의 냉매 배출부(50d)의 높이(Hd)보다 낮더라도 냉매 배출부(50c)의 유로 폭(wc)을 전지모듈(32c)의 유로 폭(Wc)보다 측면으로 크게 형성함으로써 도 6의 냉매 배출부(50c)의 내부 공간 면적과 도 7의 냉매 배출부(50d)의 내부 공간 면적이 동일하게 되었기 때문으로 파악된다.
도 9에는, 비교예로서, 도 6의 전지팩에서 냉매 배출부 및 냉매 배출구의 유로 폭이 단위 모듈의 유로 폭과 동일한 경우를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9의 전지팩(100e)은, 냉매 배출부(50e) 및 냉매 배출구(20e)의 유로 폭(we)이 단위 모듈(30e)의 유로 폭(We)과 동일한 점을 제외하고는 도 6의 전지팩(100c)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10에는 도 6과 도 9의 전지팩에서 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 10을 도 6 및 도 9와 함께 참조하면, 도 6의 전지팩(100c)에서 냉매 유입구(10c)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 약 13%, 단위모듈 번호 28의 상대 온도비율이 약 23%로서, 단위모듈들(30c) 간의 온도 편차가 10% 발생하였고, 도 9의 전지팩(100e)에서 냉매 유입구(10e)의 대향 단부에 인접한 단위모듈 번호 1의 상대 온도비율이 약 7%, 단위모듈 번호 28의 상대 온도비율이 약 28%로서, 단위모듈들(30e) 간의 온도 편차가 약 21% 발생하였다.
따라서, 도 9의 전지팩(100e)은 도 6의 전지팩(100c)과 비교하여 단위모듈들 간의 온도 편차가 18%의 차이가 있고 차압은 약 30% 상승함을 확인할 수 있었다. 이는 도 9의 전지팩(100e)이 도 7의 전지팩(100d)과 비교하여 냉매 배출부(50e)의 높이(He)가 도 7의 냉매 배출부(50d) 높이(Hd)보다 30% 낮은 데도 불구하고, 냉매 배출부(50e)의 유로 폭(we)을 도 6의 전지팩(100c)과 같이 단위모듈(30e)의 유로 폭(We)보다 130% 크게 형성하지 않아, 도 9의 냉매 배출부(50e)의 내부 공간 면적이 도 6의 냉매 배출부(50c)의 내부 공간 면적 보다 작게 형성되었기 때문으로 파악된다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 12에는 도 11의 부분 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 11의 전지팩(100f)에서 냉매 유입부(40f) 및 냉매 배출부(50f)의 유로 폭(wf)은 단위 모듈(30f)의 유로 폭(Wf)을 기준으로 130%의 크기로 형성되어 있어서, 냉매 배출부(50f)의 유로 폭(wf)이 커진 크기만큼 차압은 30% 감소하게 된다.
또한, 냉매 유입부(40f)로부터 냉매 배출부(50f)에 이르는 유동 공간인 전지모듈 장착부(60f)의 유로 폭이 냉매 유입부(40f) 및 냉매 배출부(50f)의 유로 폭(wf)과 마찬가지로 단위 모듈(30f)의 유로 폭(Wf)보다 130%크게 형성되어 있어서, 단위모듈들(30f)의 전극단자들(34f)을 효과적으로 냉각하여 전극단자들(34f)의 과열 현상을 방지하게 된다.
도 13 내지 도 16에는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전지팩의 수직 단면 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 13의 전지팩(200)은, 팩 케이스가 냉매 유입부를 형성하기 위해 전지모듈(202)의 상부에 장착되는 상부 케이스(208)와, 냉매 배출부를 형성하기 위해 전지모듈(202)의 하부에 장착되는 하부 케이스(212)로 구성되어 있고, 상부 케이스(208)와 하부 케이스(212)는 체결부재(210)에 의해 결합되어 있다.
또한, 냉매 유입부의 양측 상단에는 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 서포팅 바(204)와 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재(206)가 장착되어 있고, 팩킹 부재(206)는 서포팅 바(204)의 상면과 하면에 각각 장착되어 있다.
전지모듈(202)의 유로 폭(E)은 냉매 유입부의 유로 폭(D)보다 크고 냉매 배출부의 유로 폭(B)보다 작은 크기로 형성되어 있다.
도 14의 전지팩(200a)은, 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바(204a)가 상부 케이스(208)와 전지모듈(202) 측면 사이의 공간에 각각 장착되어 있고, 전지모듈(202)의 유로 폭(E1)은 냉매 유입부의 유로 폭(D1)과 냉매 배출부의 유로 폭(B1)보다 작은 크기로 형성되어 있다.
경우에 따라서는, 서포팅 바(204a)와 상부 케이스(208) 사이 및/또는 서포팅 바(204a)와 전지모듈(202) 사이에 팩킹 부재(도시하지 않음)가 더 부가될 수 있음은 물론이다.
도 15의 전지팩(200b)은, 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바(204b)가 수직 단면상 'ㄱ'자 형상을 가지고 상부 케이스(208)와 전지모듈(202) 측면 사이의 공간과 전지모듈(202)의 상단 양측 일부에 각각 장착되어 있고, 구체적으로 서포팅 바(204b)는 전지모듈(202)의 상단 모서리를 감싸는 형태로 이루어져 있다.
이러한 구조에서, 전지모듈(202)의 상단 양측 일부에 각각 장착되는 서포팅 바(204b)의 부위는 상부 케이스(208)와의 이격 부위로 인해 냉매 유로에 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
따라서, 전지모듈(202)의 유로 폭(E2)은 냉매 유입부의 유로 폭(D2)과 냉매 배출부의 유로 폭(B2)보다 작은 크기로 형성된다.
경우에 따라서는, 전지모듈(202) 측면 부위에서, 서포팅 바(204b)와 상부 케이스(208) 사이 및/또는 서포팅 바(204b)와 전지모듈(202) 사이에 팩킹 부재(도시하지 않음)가 더 부가될 수 있음은 물론이다.
도 16의 전지팩(200c)은, 서포팅 바(204)가 냉매 유입부의 양측에 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위해 장착되어 있고, 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재(206a)가 상부 케이스(208)와 전지모듈(202) 측면 사이의 공간에 장착되어 있다.
이러한 구조에서, 전지모듈(202)의 서포팅 바(204)는 상부 케이스(208)와의 이격 부위로 인해 냉매 유로에 실질적으로 영향을 미치지 않다.
따라서, 전지모듈(202)의 유로 폭(E3)은 냉매 유입부의 유로 폭(D3)과 냉매 배출부의 유로 폭(B3)보다 작은 크기로 형성된다.
한편, 도 13 내지 도 16의 전지팩들에서, 하부 케이스(212)는 양측 단부가 상향 돌출되어 있는 브라켓 구조로 형성되어 있어서, 브라켓들(214) 사이의 간격을 넓힘에 따라 냉매 배출부의 유로 폭을 전지모듈의 유로 폭보다 크게 할 수 있다.
도 17에는 도 3의 전지팩 구조가 적용되는 하나의 예시적인 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 17을 참조하면, 전지팩(800)은 전지모듈 배열체(300), 한 쌍의 측면 지지부재들인 전면 지지부재(570)와 후면 지지부재(도시하지 않음), 하단 지지부재(도시하지 않음), 3개의 제 1 상부 장착부재들(502, 504, 506), 제 2 상부 장착부재(510), 및 후면 장착부재(520)로 구성되어 있다.
삼각 브라켓(600)은 전지모듈의 하중을 전면 지지부재(570)를 통해 후면 장착부재(520)에 분담되도록, 전면 지지부재(570)와 후면 장착부재(520) 사이에 결합되어 있다.
전지모듈 배열체(300)는 단위모듈들을 도립 형태로 세워 적층한 구조의 전지모듈들(300a, 300b)이 2열로 배열되어 있고, 전면 지지부재(570)와 후면 지지부재(도시하지 않음)는 전지모듈 배열체(300)의 최외곽 전지모듈들에 밀착된 상태로 전지모듈 배열체(300)의 전면 및 후면을 각각 지지하고 있다.
하단 지지부재(도시하지 않음)는 전면 지지부재(570)와 후면 지지부재(도시하지 않음)의 하단에 결합되어 전지모듈 배열체(300)의 하단을 지지하고 있다.
또한, 제 1 상부 장착부재들(502, 504, 506)은 전면 지지부재(570)와 후면 지지부재(도시하지 않음)의 상단과 도립된 전지모듈들(300a, 300b)의 하단에 결합되어 있고, 일측 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어져 있다.
전면 장착부재(510)는 U자형 프레임 구조로서, 전지모듈 배열체(300)의 전면에 위치하고, 양측 단부가 외부 디바이스(예를 들어, 차량)에 체결된다.
삼각형 브라켓(600)은 일측 단부가 전면 지지부재(570)에 결합되고, 대향측 양단이 후면 장착부재(520)에 결합된다.
따라서, 삼각형 브라켓(600)에 의해 결합된 후면 장착부재(520)가 전지팩의 하중을 일부 분담하여 지지해 준다.
또한, 냉매는 전지모듈 배열체(300)의 우측 상단으로 유입되어 전지셀들을 냉각한 후 전지모듈 배열체(300)의 좌측 하단으로 배출되는 구조로 구성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩 케이스의 냉매 유입부의 폭 및/또는 냉매 배출부의 폭이 단위 셀의 폭보다 큰 구조로 이루어져 있어서, 냉매 유입부의 높이 및/또는 냉매 배출부의 높이가 낮아지더라도 차압을 감소시켜 냉매의 유량 분배 균일성을 향상시킬 수 있고, 단위 셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있으며, 궁극적으로 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (30)

  1. 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 장착되는 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 각각 위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 냉매의 균일성을 확보할 수 있도록, 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭이 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 유로 폭 및/또는 냉매 배출부의 유로 폭은 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105 내지 500%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들의 전극단자들을 냉각할 수 있도록, 냉매 유입부로부터 냉매 배출부에 이르는 유동 공간('전지모듈 장착부')의 유로 폭은 단위 셀의 유로 폭보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전지모듈 장착부의 유로 폭은 단위 셀의 유로 폭을 기준으로 105 내지 500%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출부의 수직 단면적은 냉매 유입구의 수직 단면적을 기준으로 100 내지 300%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉매 배출부의 수직 단면적은 냉매 유입구의 수직 단면적을 기준으로 150 내지 250%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈의 상단부에 대면하는 냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서 시작하는 경사면의 기울기가 전지모듈의 상단부를 기준으로 냉매 유입구 방향으로 증가하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 상단 내면은 둘 또는 그 이상의 연속적인 경사면들을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 상단 내면의 경사면은 냉매 유입구의 대향 단부에서 시작하는 제 1 경사면, 및 상기 제 1 경사면과 냉매 유입구 사이에서 제 1 경사면 보다 큰 기울기의 제 2 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 경사면은 전지모듈의 상단면을 기준으로 45도를 초과하지 않는 범위에서 제 1 경사면의 기울기에 대해 20 내지 500% 증가한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 경사면은 전지모듈의 상단면을 기준으로 15도 이하의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 경사면은 제 1 경사면의 기울기를 초과하는 범위에서 전지모듈의 상단면을 기준으로 10 내지 30도의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 냉매 유입구는 제 2 경사면과 동일하거나 그 보다 작은 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 냉매 유입구는 제 2 경사면과 동일하거나 그 보다 큰 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 냉매 유입구는 제 2 경사면의 기울기를 초과하는 범위에서 전지모듈의 상단면을 기준으로 30 내지 60도의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 전지모듈의 높이를 기준으로 10% 이하의 높이로 전지모듈의 상단면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 전지모듈의 상단면으로부터 1 내지 10 mm의 높이로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지 또는 연료 전지인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는 파우치형 전지 또는 각형 전지인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출구는 전지모듈의 하단부에 대해 균일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구 또는 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈을 관통한 후 냉매 배출구로 이동할 수 있도록 송풍 팬이 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는 냉매 유입부를 형성하기 위해 전지모듈의 상부에 장착되는 상부 케이스와 냉매 배출부를 형성하기 위해 전지모듈의 하부에 장착되는 하부 케이스로 구성되어 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 체결부재에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 양측 상단에는 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 서포팅 바와 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 팩킹 부재는 서포팅 바의 상면과 하면에 각각 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바가 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간에 각각 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 한 쌍의 서포팅 바가 수직 단면상 'ㄱ'자 형상을 가지고 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간과 전지모듈의 상단 양측 일부에 각각 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 냉매 유입부의 양측에는 냉매 유입부의 유로를 형성하기 위한 서포팅 바가 장착되어 있고, 냉매의 누출을 방지하기 위한 팩킹 부재가 상부 케이스와 전지모듈 측면 사이의 공간에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 하부 케이스는 양측 단부가 상향 돌출되어 있는 브라켓 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 하나에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 전지팩.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
PCT/KR2011/002436 2010-04-13 2011-04-07 신규한 구조의 전지팩 케이스 WO2011129545A2 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11769011.5A EP2590255B1 (en) 2010-04-13 2011-04-07 Battery pack case having novel structure
JP2013502506A JP5646041B2 (ja) 2010-04-13 2011-04-07 新規構造を有する電池パックケース
CN201180017475.6A CN102884671B (zh) 2010-04-13 2011-04-07 具有新型结构的电池组壳体
US13/635,745 US9281546B2 (en) 2010-04-13 2011-04-07 Battery pack case having novel structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100033607 2010-04-13
KR10-2010-0033607 2010-04-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011129545A2 true WO2011129545A2 (ko) 2011-10-20
WO2011129545A3 WO2011129545A3 (ko) 2012-03-15

Family

ID=44799129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2011/002436 WO2011129545A2 (ko) 2010-04-13 2011-04-07 신규한 구조의 전지팩 케이스

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9281546B2 (ko)
EP (1) EP2590255B1 (ko)
JP (1) JP5646041B2 (ko)
KR (1) KR101187266B1 (ko)
CN (1) CN102884671B (ko)
WO (1) WO2011129545A2 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012217406A1 (de) * 2012-09-26 2014-04-17 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit in Gehäuse formschlüssig fixierter Deckplatte
KR101692790B1 (ko) 2013-07-31 2017-01-04 주식회사 엘지화학 냉매 유로를 포함하는 전지모듈 어셈블리
JP6156065B2 (ja) 2013-10-31 2017-07-05 トヨタ自動車株式会社 電池冷却構造
JP6187163B2 (ja) * 2013-10-31 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 電池冷却構造
JP6258693B2 (ja) * 2013-12-19 2018-01-10 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 電池ユニット冷却装置
US10020475B2 (en) * 2014-06-04 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Battery assembly reinforcement member
KR101803958B1 (ko) * 2014-10-06 2017-12-28 주식회사 엘지화학 효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스
WO2018033880A2 (en) 2016-08-17 2018-02-22 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
KR101806733B1 (ko) * 2016-08-31 2017-12-07 현대자동차주식회사 배터리 셀 냉각 구조
EP3566253B1 (en) 2017-01-04 2022-12-28 Shape Corp. Battery support structure for a vehicle
KR101916429B1 (ko) * 2017-03-30 2018-11-07 엘지전자 주식회사 차량용 배터리 팩 및 차량
US10886513B2 (en) 2017-05-16 2021-01-05 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based integration
US10483510B2 (en) 2017-05-16 2019-11-19 Shape Corp. Polarized battery tray for a vehicle
US11211656B2 (en) 2017-05-16 2021-12-28 Shape Corp. Vehicle battery tray with integrated battery retention and support feature
CN111108015A (zh) 2017-09-13 2020-05-05 形状集团 具有管状外围壁的车辆电池托盘
DE112018005556T5 (de) 2017-10-04 2020-06-25 Shape Corp. Batterieträger-bodenbaugruppe für elektrofahrzeuge
KR20190099702A (ko) * 2018-02-19 2019-08-28 현대자동차주식회사 배터리 냉각구조
WO2019169080A1 (en) 2018-03-01 2019-09-06 Shape Corp. Cooling system integrated with vehicle battery tray
US11688910B2 (en) 2018-03-15 2023-06-27 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based component
JP7287838B2 (ja) * 2019-06-07 2023-06-06 株式会社アルバック 成膜システム、および、成膜方法
US11271259B2 (en) * 2019-09-04 2022-03-08 Baidu Usa Llc Airflow management for battery module cooling
KR20210074894A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 현대자동차주식회사 전기자동차용 배터리 수납 장치
CN113013529B (zh) * 2021-02-18 2022-07-26 中国第一汽车股份有限公司 一种风冷电池冷却系统及冷却流道设计方法
CN113036262A (zh) * 2021-03-09 2021-06-25 宁波大学 电池模组均衡散热装置
CN113299945A (zh) * 2021-05-20 2021-08-24 大连交通大学 一种燃料电池加工中膜电极分块组件框架
CN114614160A (zh) * 2022-04-11 2022-06-10 广汽埃安新能源汽车有限公司 一种电池装置、电池冷媒的管理系统及管理方法
CN114914614B (zh) * 2022-05-16 2023-09-12 北京科易动力科技有限公司 电池包
GB202214227D0 (en) * 2022-09-28 2022-11-09 Qdot Tech Ltd Battery temperature management

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060037600A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR20060037601A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR20060037627A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR20060045444A (ko) 2004-04-02 2006-05-17 소니 가부시끼 가이샤 고체 촬상 디바이스 및 그 제조 방법
KR20060045443A (ko) 2004-04-02 2006-05-17 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 액정 표시 장치

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060093901A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 Gun-Goo Lee Secondary battery module and cooling apparatus for secondary battery module
KR100637468B1 (ko) 2004-11-30 2006-10-23 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
KR20070013455A (ko) * 2005-07-26 2007-01-31 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
JP5344932B2 (ja) 2006-03-06 2013-11-20 エルジー・ケム・リミテッド 中型または大型電池モジュール
KR100870457B1 (ko) 2006-05-22 2008-11-25 주식회사 엘지화학 전지모듈
KR100896131B1 (ko) 2006-05-22 2009-05-08 주식회사 엘지화학 중대형 전지모듈
US9269934B2 (en) 2006-03-06 2016-02-23 Lg Chem, Ltd. Battery module
KR100892047B1 (ko) 2006-09-18 2009-04-07 주식회사 엘지화학 전지모듈 및 중대형 전지팩
KR100844684B1 (ko) * 2006-11-29 2008-07-07 현대자동차주식회사 배터리모듈의 지지장치
KR100938626B1 (ko) * 2006-12-30 2010-01-22 주식회사 엘지화학 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스
KR100981878B1 (ko) 2007-06-14 2010-09-14 주식회사 엘지화학 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스
KR101106111B1 (ko) 2007-06-28 2012-01-18 주식회사 엘지화학 효율적인 냉각 및 배기 구조의 중대형 전지팩
KR101029838B1 (ko) 2007-06-28 2011-04-15 주식회사 엘지화학 냉각 효율이 향상된 중대형 전지팩
KR101141057B1 (ko) * 2007-06-28 2012-05-03 주식회사 엘지화학 중대형 전지팩
KR101026745B1 (ko) * 2007-07-23 2011-04-08 주식회사 엘지화학 중대형 전지팩
KR20090030545A (ko) 2007-09-20 2009-03-25 에스케이에너지 주식회사 고용량 배터리 시스템의 균등 송풍 냉각구조
KR101091211B1 (ko) 2008-02-28 2011-12-07 주식회사 엘지화학 전기자동차용 제트 타입 배터리팩
CN102037581B (zh) 2008-06-11 2014-03-12 株式会社Lg化学 电动汽车用u型电池
KR101020587B1 (ko) * 2008-06-12 2011-03-09 주식회사 엘지화학 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스
JP5384635B2 (ja) * 2008-07-26 2014-01-08 エルジー・ケム・リミテッド 優れた冷却効率の中型又は大型のバッテリーパックケース
EP2403049B1 (en) * 2009-02-27 2016-11-09 LG Chem, Ltd. Medium- to large-size battery pack case having improved uniformity of distribution of coolant flow

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060045444A (ko) 2004-04-02 2006-05-17 소니 가부시끼 가이샤 고체 촬상 디바이스 및 그 제조 방법
KR20060045443A (ko) 2004-04-02 2006-05-17 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 액정 표시 장치
KR20060037600A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR20060037601A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR20060037627A (ko) 2004-10-28 2006-05-03 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2590255A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP2590255A2 (en) 2013-05-08
KR101187266B1 (ko) 2012-10-02
EP2590255A4 (en) 2015-07-15
JP2013525947A (ja) 2013-06-20
WO2011129545A3 (ko) 2012-03-15
EP2590255B1 (en) 2017-05-31
CN102884671B (zh) 2016-01-27
US9281546B2 (en) 2016-03-08
CN102884671A (zh) 2013-01-16
JP5646041B2 (ja) 2014-12-24
KR20110114454A (ko) 2011-10-19
US20130071719A1 (en) 2013-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011129545A2 (ko) 신규한 구조의 전지팩 케이스
WO2010098598A2 (ko) 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스
WO2021107336A1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 자동차
WO2012177000A2 (ko) 신규한 공냉식 구조의 전지팩
WO2019027150A1 (ko) 배터리 셀용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
WO2013048060A2 (ko) 신규한 냉각구조를 가진 전지팩
WO2012067364A2 (ko) 우수한 냉각 효율성의 전지팩
WO2011021843A2 (ko) 신규한 냉각구조를 가진 전지팩
WO2016043441A1 (ko) 냉매 유로의 절곡이 최소화된 냉각 구조를 포함하는 전지모듈
WO2012091459A2 (ko) 배터리 모듈 수납장치, 배터리 모듈 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템
WO2012067363A2 (ko) 우수한 냉각 효율성의 전지팩
WO2012053829A2 (ko) 우수한 냉각 효율성의 전지팩
WO2021085911A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
WO2019004553A1 (ko) 배터리 모듈
WO2022240140A1 (ko) 진공호퍼 프리챠져용 히팅트레이
WO2023282633A1 (ko) 쿨링 핀들이 합치된 팩 케이스를 구비한 배터리 팩
WO2022154374A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021215837A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021246636A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2023282711A1 (ko) 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩
WO2024019414A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2024071938A1 (ko) 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2024048985A1 (ko) 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차
WO2024014825A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2023200146A1 (ko) 안전성이 강화된 배터리 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180017475.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11769011

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011769011

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011769011

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013502506

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13635745

Country of ref document: US