WO2016056774A1 - 효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스 - Google Patents

효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스 Download PDF

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박진홍
이형석
김보현
이진규
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack case of an efficient cooling structure.
  • secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices.
  • secondary batteries are 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 of conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
  • One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used in medium and large devices such as automobiles due to the necessity of high output 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 or in series and in parallel, and to 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 conventional cooling system structure is formed in a structure that forms a single flow path throughout the battery pack not only causes uneven cooling between the battery cells, but also the battery pack structure plays an independent role of the mechanical structure and the cooling structure at the same time. Since it is designed to perform, there is a design inconvenience and difficulty in manufacturing when the internal space is narrow.
  • 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 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.
  • An object of the present invention by forming a pair of refrigerant inlet in the battery pack case, so as to form a separate refrigerant passage, so that the two battery module groups are cooled independently, while in the space between the battery pack case and the battery module
  • By providing a separate inclined plate to solve the cooling inequality between the unit module or the battery cells while providing a battery pack case that can improve the rigidity of the battery pack case.
  • a battery pack case in which a battery module assembly in which battery modules having a structure in which a plurality of battery cells or unit modules are stacked are sequentially stacked is stored.
  • the coolant inlet and the coolant outlet are located at the top and bottom of the module case in opposite directions to allow the refrigerant for cooling the unit modules to flow from one side of the battery module to the opposite side in a direction perpendicular to the stacking direction of the unit modules.
  • the battery pack case and the battery module has a structure in which an inclined plate is formed to guide the flow of the refrigerant.
  • the battery pack case according to the present invention since the inclined plate is mounted between the battery pack case and the battery module, not only can effectively remove the cooling of the battery cells or unit modules, but also improve the rigidity of the battery pack case. have.
  • the inclined plate may be a structure formed integrally with the battery pack case.
  • the battery cell is not particularly limited as long as it is a secondary battery capable of charging and discharging.
  • the battery cell may be a nickel-hydrogen secondary battery or a lithium secondary battery via lithium ions.
  • the battery cell may be formed in a limited space. It may be a plate-shaped battery cell to provide a high lamination rate, the plate-shaped battery cell is a battery cell having a thin thickness and relatively wide width and length so as to minimize the overall size when charged for the configuration of the battery module.
  • the nickel-hydrogen secondary battery is a secondary battery using nickel as a positive electrode, a hydrogen absorbing alloy as a negative electrode, and an alkaline aqueous solution as an electrolyte, and the energy density per unit volume is nearly twice that of a unit volume, and is higher in capacity than a nickel-cadmium battery. Because it can withstand and has a large capacity per unit volume, it may be preferable as an energy source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
  • the "lithium secondary battery” is, for example, as a cathode active material of a metal oxide and a negative electrode active material such as LiCoO 2, and using a carbon material or the like, placing a porous polymer separator between the anode and cathode, LiPF 6, etc. It is prepared by putting a non-aqueous electrolyte containing lithium salt.
  • a non-aqueous electrolyte containing lithium salt During charging, lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and during discharge, lithium ions of the carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material, and the non-aqueous electrolyte solution contains lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a moving medium, and because of its high energy density, high operating voltage and excellent preservation and lifetime characteristics, it can be a preferred energy source for a variety of electronics, electric vehicles or hybrid vehicles.
  • the battery cell may have a structure in which an electrode assembly is embedded in a case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, followed by heat sealing the outer circumferential surface thereof.
  • it may be a structure in which the electrode assembly is built in the pouch type case of the aluminum laminate sheet.
  • the battery cell of such a structure is also called a "pouch type battery cell.”
  • These battery cells can be configured as a unit module in a structure wrapped in a high-strength cover member of a synthetic resin or metal material in two or more units, the high-strength cover member is charged and discharged while protecting a 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 unit module may have a structure including a pair of cell covers coupled to surround the outer surface of the battery cells, except for two or more battery cells and electrode terminal portions.
  • the refrigerant may be, for example, air, but is not limited thereto.
  • the battery pack case may have a structure including a pair of upper case and lower case, for example, in the upper case the refrigerant in the space between the inclined plate is opposed from one side of the battery module A pair of refrigerant inlets may be formed to flow to the side, and the lower case may have a structure in which refrigerant outlets through which refrigerants introduced from the refrigerant inlets are discharged are formed in opposite directions.
  • the refrigerant inlets include a first refrigerant inlet introduced into the first battery module group and a second refrigerant inlet introduced into the second battery module group, and the refrigerant outlets include the first refrigerant inlet and the second refrigerant. It may be a structure formed on a virtual vertical centerline between the inlets.
  • the first refrigerant inlet and the second refrigerant inlet may each have a structure having independent refrigerant passages and spaced apart from each other.
  • the refrigerant may be a structure that is respectively introduced into the first refrigerant inlet and the second refrigerant inlet and discharged together after joining at the refrigerant outlet.
  • the first refrigerant inlet and the second refrigerant inlet are formed in an upper direction of the upper case, and the cold discharge outlet is 60 to 120 degrees with respect to the refrigerant inlet in a vertical cross-section from the refrigerant inlets. It may be a structure formed in the range.
  • the inclined plate may have a structure formed on the top and / or the bottom of the battery pack case and the battery module assembly, for example, the inclined plate is a vertical cross-section of the refrigerant outlet from the refrigerant inlet It may be a structure formed in a linearly decreasing shape in the direction.
  • the inclined plate is formed in the form in which the inclined surface is protruded upward so that the refrigerant flows to the portion corresponding to the upper surface of the first battery module group and the second battery module group.
  • the inclined plate may have a structure in which the inclined plate is linearly increased in the direction from the coolant inlet to the coolant outlet.
  • the battery pack case may have a structure in which a length corresponding to the stacking direction of the unit module is relatively longer than a length corresponding to the width direction of the unit module.
  • the width of the refrigerant discharge unit may have a structure having a size of 10 to 70% based on the width of the battery pack case.
  • the coolant inlet and / or coolant outlet may have a structure in which a driving fan is additionally installed to provide a flow driving force of the coolant.
  • the present invention also provides a battery pack having two or more battery modules mounted on the battery pack case, and a device using the battery module or the battery pack as a power source.
  • the battery pack or the device according to the present invention can be manufactured by combining the battery modules according to the desired output and capacity, and considering the mounting efficiency, structural stability, etc. as described above, has a limited mounting space and frequent vibration and strong impact Although it can be preferably used as a power source such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle or a power storage device exposed to the back, the scope of application is not limited to these.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pouch-type battery cell according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a cell cover to which two battery cells of FIG. 1 are mounted;
  • FIG. 3 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery pack equipped with an inclined plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery pack mounted with battery modules according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 6.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of a pouch-type battery cell
  • FIG. 2 illustrates a cell cover in which two battery cells of FIG. 1 are mounted to form a unit module as a perspective view.
  • the pouch-type battery cell 50 has a structure in which two electrode leads 51 and 52 face each other and protrude from the upper end and the lower end of the battery main body 53, respectively.
  • the exterior member 54 is composed of two upper and lower units, and both side surfaces 55 and upper and lower ends 56, which are mutually contacting portions, with an electrode assembly (not shown) mounted on an accommodating portion formed on an inner surface thereof.
  • the battery cell 50 is made by attaching 57).
  • the exterior member 54 is made of a laminate structure of a resin layer / metal foil layer / resin layer, so that both sides 55 and upper and lower ends 56 and 57 which are in contact with each other may be bonded by mutually fusion bonding the resin layer.
  • the adhesive may be attached using an adhesive. Both side surfaces 55 can be uniformly sealed by melting because the same resin layer of the upper and lower exterior members 54 is in direct contact with each other.
  • the electrode leads 51 and 52 protrude from the upper end 56 and the lower end 57, the sealing properties are improved in consideration of the thickness of the electrode leads 51 and 52 and the heterogeneity with the material of the exterior member 54. Heat-sealed in the state which interposed the film-shaped sealing member 58 between the electrode leads 51 and 52 so that it may be made.
  • the cell cover 100 includes two pouch-type battery cells (not shown) as shown in FIG. 1 and complements its mechanical rigidity, and serves to facilitate mounting on a module case (not shown). do.
  • the battery cells are mounted inside the cell cover 100 in a structure in which one electrode terminal thereof is connected in series and then bent to be in close contact with each other.
  • the cell cover 100 is composed of a pair of members 110 and 120 of mutual coupling method, and is made of a high strength metal plate. Steps 130 are formed on outer surfaces adjacent to the left and right ends of the cell cover 100 to facilitate fixing of the module, and steps 140 are also formed on the top and the bottom thereof. In addition, the fixing part 150 is formed in the upper and lower ends of the cell cover 100 in the width direction to facilitate mounting to a module case (not shown).
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the battery pack of FIG.
  • the battery pack 100 is a battery module (not shown) of the unit modules (not shown) consisting of a plurality of battery cells 100 stacked in the longitudinal direction, the upper case ( A battery pack case (not shown) including a 220 and a lower case 210 and an inclination plate 230 mounted between the battery modules and the upper case 220 are configured.
  • a pair of refrigerant inlets 221 and 222 are formed in the upper case 220, and a refrigerant outlet 211 is formed in an opposite surface of the refrigerant inlets 221 and 222 in the lower case 210.
  • a plurality of beads 223 are formed on the upper surface of the upper case 220 to reinforce the rigidity of the battery pack 200.
  • the inclined plate 230 is mounted in a shape of decreasing inclination from the coolant inlets 221 and 222 toward the coolant outlet 211.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a front pack equipped with an inclined plate according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a perspective view of a battery pack mounted with a battery module according to an embodiment of the present invention It is shown typically, and sectional drawing of A-A 'and B-B' of FIG. 6 is respectively shown in FIG. 7 and FIG.
  • the battery pack 200 includes a pair of battery module groups 300 and 500 arranged in two rows, and the battery module group 300 includes four battery cells ( Six unit modules 301, 302, 303, 304, 305, and 306 each consisting of 100, and similarly, the battery module group 500 includes five unit modules 501, 502, 503, 504, and 505 each consisting of four battery cells 100. .
  • the inclined plates 230 are mounted on the top surfaces of the battery module groups 300 and 500, and the inclined plates 230 are formed on the corresponding portions of the top surfaces of the battery module groups 300 and 500.
  • the inclined surfaces 231 are formed in a shape of decreasing inclination from the coolant inlets 221 and 222 toward the coolant outlet 211.
  • the battery module groups 300 and 500 are spatially separated by the inclined surfaces 231 formed on the inclined plate 230, so that the coolant introduced from the coolant inlet 221 cools the battery module group 300 and the coolant inlet.
  • the coolant introduced from the 222 cools the battery module group 500 independently, and then is joined to and discharged from the coolant outlet 211.
  • the battery pack according to the present invention since the inclination plate for guiding the flow of the refrigerant is formed between the battery pack case and the battery module, while reinforcing the rigidity of the battery pack case of the battery cells or unit cells The temperature can be removed effectively.
  • the refrigerant inlets are independently located for each battery module in the battery pack case at a position opposite to the refrigerant discharge portion of the battery module, the length and flow rate of the refrigerant are reduced by half to flow. The temperature difference and the differential pressure generated in the battery modules in the direction can be reduced.

Abstract

본 발명은 단위모듈들이 적층되어 있는 전지모듈이 수납되는 전지팩 케이스로서, 단위모듈들의 냉각을 위한 냉매가 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 전지팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고 있고, 전지팩 케이스와 전지모듈 사이에는 냉매의 유동을 안내하는 경사 플레이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스를 제공한다.

Description

효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스
본 출원은 2014년 10월 06일자 한국 특허 출원 제10-2014-0134147호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 효율적인 냉각 구조의 전지팩 케이스에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 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 주목 받고 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 또는 직렬 및 병렬 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.
그러나, 종래의 냉각 시스템 구조는 전지팩 전체에 하나의 유로를 형성하는 구조로 형성되어 있어서 전지셀 간에 불균등한 냉각을 초래할 뿐만 아니라, 전지팩 구조가 기구적 구조와 냉각 구조의 독립적인 역할을 동시에 수행하도록 설계되므로 내부 공간이 협소할 경우에 설계상의 불편 및 제작의 어려움이 있다.
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 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 별도의 냉매 유로를 형성하도록, 전지팩 케이스에 한 쌍의 냉매 유입구들을 형성시켜, 2개의 전지모듈 군들이 독립적으로 냉각되도록 하는 한편, 전지팩 케이스와 전지모듈 사이의 공간에 별도의 경사 플레이트를 형성시킴으로써, 단위모듈 또는 전지셀들 간의 냉각 불균등을 해결하면서 동시에 전지팩 케이스의 강성을 향상시킬 수 있는 전지팩 케이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩 케이스는,
다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 내장되어 있는 구조의 전지모듈들이 차례로 적층되어 있는 전지모듈 어셈블리가 수납되어 있는 전지팩 케이스로서,
단위모듈들의 냉각을 위한 냉매가 단위모듈들의 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 모듈 케이스의 상부 및 하부에 위치하고 있고,
전지팩 케이스와 전지모듈 사이에는 냉매의 유동을 안내하는 경사 플레이트가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩 케이스는 경사 플레이트가 전지팩 케이스와 전지모듈 사이에 장착되어 있으므로, 전지셀 또는 단위모듈들의 냉각을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 전지팩 케이스의 강성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 경사 플레이트는 전지팩 케이스와 일체로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지이면 특별히 제한되지는 않으며, 바람직하게는 니켈-수소 이차전지 또는 리튬 이온을 매개로 하는 리튬 이차전지일 수 있으며, 하나의 예로서, 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 판상형 전지셀일 수 있으며, 상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 전지셀이다.
상기 '니켈-수소 이차전지'는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 에너지 밀도가 에 비해 2배에 가까우며, 니켈-카드뮴전지보다 고용량화가 가능하고 및 에 잘 견딜 수 있으며, 단위부피당 용량이 크므로, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 에너지원으로 바람직할 수 있다.
또한, 상기 '리튬 이차전지'는, 예를 들어, 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료 등을 사용하며, 음극과 양극 사이에 다공성 고분자 분리막을 위치시키고, LiPF6 등의 리튬염을 함유한 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소 층으로 삽입이 되고, 방전시에는 반대로 탄소 층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온이 이동하는 매질의 역할을 하며, 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하기 때문에, 다양한 전자제품, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 에너지원으로 바람직할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 열융착 실링한 구조일 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 전지셀을 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.
이러한 전지셀들은 둘 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 커버부재에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 고강도 커버부재는 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 가능해진다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위모듈은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들 및 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하는 구조일 수 있다.
한편, 상기 냉매는, 예를 들어, 공기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩 케이스는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하는 구조일 수 있고, 예를 들어, 상기 상부 케이스에는 상기 경사 플레이트 사이 공간에서 냉매가 상기 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 한 쌍의 냉매 유입구들이 형성되어 있고, 상기 하부 케이스에는 상기 냉매 유입구들로부터 유입된 냉매들이 배출되는 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 각각 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 냉매 유입구들은 제 1 전지모듈 군으로 유입되는 제 1 냉매 유입구와 제 2 전지모듈 군으로 유입되는 제 2 냉매 유입구를 포함하고 있고, 상기 냉매 배출구는 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구 사이의 가상의 수직 중심선 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구는 각각 독립적인 냉매 유로를 가지고 상호 이격되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 냉매는 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구로 각각 유입되고 상기 냉매 배출구 부위에서 합류된 후에 함께 배출되는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구는 상기 상부 케이스의 상측 방향으로 형성되어 있고, 상기 냉배 배출구는 상기 냉매 유입구들로부터 수직 단면상 상기 냉매 유입구에 대해 60도 내지 120도 범위 내에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 경사 플레이트는 상기 전지팩 케이스와 상기전지모듈 어셈블리의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 상기 경사 플레이트는 수직 단면상 상기 냉매 유입구로부터 상기 냉매 배출구 방향으로 선형적으로 감소하는 모양으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 경사 플레이트에는 상기 제 1 전지모듈 군 및 상기제 2 전지모듈 군의 상면과 대응하는 부위에 냉매가 유동할 수 있도록, 경사면이 상향 돌출된 형태로 각각 형성되어 있다.
경우에 따라, 상기 경사 플레이트는 수직 단면상 상기 냉매 유입구로부터 상기 냉매 배출구 방향으로 선형적으로 증가하는 모양으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지팩 케이스는 단위모듈의 적층방향에 대응하는 길이가 단위모듈의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉매 배출부의 폭은 상기 전지팩 케이스의 폭을 기준으로 10 내지 70%의 크기를 가지고 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 냉매 유입구 및/또는 냉매 배출구에는 냉매의 유동 구동력을 제공할 수 있도록 구동 팬이 추가로 장착되는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩 케이스에 둘 이상의 전지모듈이 장착되어 있는 전지팩과, 상기 전지모듈 또는 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩 또는 디바이스는 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제조 방법 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지셀 2개가 장착될 셀 커버의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 4는 도 3의 전지팩의 단면도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 경사플레이트가 장착된 전지팩의 사시도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈들이 장착된 전지팩의 사시도이다;
도 7은 도 6의 A-A'의 단면도이다;
도 8은 도 6의 B-B'의 단면도이다.
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 파우치형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 단위모듈의 구성을 위해 도 1의 전지셀 2개가 장착될 셀 커버가 사시도로서 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지셀(50)은 두 개의 전극리드(51, 52)가 서로 대향하여 전지 본체(53)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(54)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(55)과 상단부 및 하단부(56, 57)를 부착시킴으로써 전지셀(50)이 만들어진다.
외장부재(54)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양 측면(55)과 상단부 및 하단부(56, 57)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양 측면(55)은 상하 외장부재(54)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(56)와 하단부(57)에는 전극리드(51, 52)가 돌출되어 있으므로 전극리드(51, 52)의 두께 및 외장부재(54) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(51, 52)와의 사이에 필름상의 실링부재(58)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
셀 커버(100)는 도 1에서와 같은 파우치형 전지셀(도시하지 않음) 2개를 내장하며 그것의 기계적 강성을 보완할 뿐만 아니라 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 하는 역할을 한다. 상기 전지셀들은 그것의 일측 전극단자들이 직렬로 연결된 후 절곡되어 상호 밀착된 구조로 셀 커버(100)의 내부에 장착된다.
셀 커버(100)는 상호 결합 방식의 한 쌍의 부재들(110, 120)로 구성되어 있으며, 고강도 금속 판재로 이루어져 있다. 셀 커버(100)의 좌우 양단에 인접한 외면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 단차(130)가 형성되어 있으며, 상단과 하단에도 역시 동일한 역할을 하는 단차(140)가 형성되어 있다. 또한, 셀 커버(100)의 상단과 하단에는 폭방향으로 고정부(150)가 형성되어 있어서, 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 한다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지팩의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 다수개의 전지셀들(100)로 이루어진 단위모듈들(도시하지 않음)이 길이 방향으로 적층된 형태의 전지모듈들 (도시하지 않음), 상부 케이스(220)와 하부 케이스(210)로 이루어진 전지팩 케이스(도시하지 않음) 및 상기 전지모듈들과 상부 케이스(220) 사이에 장착된 경사 플레이트(230)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
상부 케이스(220)에는 한 쌍의 냉매 유입구들(221,222)가 형성되어 있고, 하부 케이스(210)에는 냉매 유입구들(221,222)의 대향면에는 냉매 배출구(211)가 형성되어 있다. 또, 상부 케이스(220)의 상면에는 전지팩(200)의 강성을 보강하기 위해 다수개의 비드들(223)이 형성되어 있다.
경사 플레이트(230)는 냉매 유입구들(221,222)로부터 냉매 배출구(211) 방향으로 기울기가 감소하는 형상으로 장착되어 있다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 경사플레이트가 장착된 전팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈이 장착된 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7 및 도 8에는 도 6의 A-A', B-B'의 단면도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 전지팩(200)은 2열로 배열되어 있는 한 쌍의 전지모듈 군들(300,500)을 포함 있고, 전지모듈 군(300)은 4개의 전지셀들(100)로 이루어진 6개의 단위모듈들(301,302,303,304,305,306)로 각각 구성되어 있고, 마찬가지로, 전지모듈 군(500)은 4개의 전지셀들(100)로 이루어진 5개의 단위모듈들(501,502,503,504,505)로 각각 구성되어 있다.
전지모듈 군들(300,500)의 상면에는 경사 플레이트(230)가 장착되어 있고, 경사 플레이트(230)에는 전지모듈 군들(300,500)의 상면 중 대응하는 부위에 경사면들(231)이 형성되어 있다. 경사면들(231)은 냉매 유입구들(221,222)로부터 냉매 배출구(211) 방향으로 기울기가 감소하는 형상으로 형성되어 있다.
따라서, 경사 플레이트(230)에 형성된 경사면들(231)에 의해 전지모듈 군들(300,500)이 공간적으로 분리됨으로써, 냉매 유입구(221)로부터 유입된 냉매는 전지모듈 군(300)을 냉각시키고, 냉매 유입구(222)로부터 유입된 냉매는 전지모듈 군(500)을 각각 독립적으로 냉각시킨 후, 냉매 배출구(211)에서 합류되어 배출된다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩 케이스와 전지모듈 사이에는 냉매의 유동을 안내하는 경사 플레이트가 형성되어 있으므로, 전지팩 케이스의 강성을 보강하면서도 전지셀들 또는 단위셀들의 온도를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈에서 냉매 배출부에 대향하는 위치의 전지팩 케이스 부위에는 전지모듈 별로 냉매 유입구들이 독립적으로 위치하므로, 냉매가 통과하는 길이와 유속이 절반으로 감소하여 유동 방향의 전지모듈들에서 생기는 온도 편차와 차압을 감소시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 내장되어 있는 구조의 전지모듈들이 차례로 적층되어 있는 전지모듈 어셈블리가 수납되어 있는 전지팩 케이스로서,
    단위모듈들의 냉각을 위한 냉매가 단위모듈들의 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 전지팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고 있고,
    전지팩 케이스와 전지모듈 사이에는 냉매의 유동을 안내하는 경사 플레이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경사 플레이트는 전지팩 케이스와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 니켈-수소 이차전지 또는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 한 쌍의 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 케이스에는 상기 경사 플레이트 사이 공간에서 냉매가 상기 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 한 쌍의 냉매 유입구들이 형성되어 있고, 상기 하부 케이스에는 상기 냉매 유입구들로부터 유입된 냉매들이 배출되는 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉매 유입구들은 제 1 전지모듈 군으로 유입되는 제 1 냉매 유입구와 제 2 전지모듈 군으로 유입되는 제 2 냉매 유입구를 포함하고 있고, 상기 냉매 배출구는 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구 사이의 가상의 수직 중심선 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구는 각각 독립적인 냉매 유로를 가지고 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  11. 제 8 항에 있어서, 냉매는 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구로 각각 유입되고 상기 냉매 배출구 부위에서 합류된 후에 함께 배출되는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 냉매 유입구와 상기 제 2 냉매 유입구는 상기 상부 케이스의 상측 방향으로 형성되어 있고, 상기 냉배 배출구는 상기 냉매 유입구들로부터 수직 단면상 상기 냉매 유입구에 대해 60도 내지 120도 범위 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 경사 플레이트는 전지팩 케이스와 전지모듈어셈블리의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 경사 플레이트는 수직 단면상 상기 냉매 유입구로부터 상기 냉매 배출구 방향으로 선형적으로 감소하는 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 경사 플레이트는 수직 단면상 상기 냉매 유입구로부터 상기 냉매 배출구 방향으로 선형적으로 증가하는 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 단위모듈의 적층방향에 대응하는 길이가 단위모듈의 폭방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출부의 폭은 상기 전지팩 케이스의 폭을 기준으로 10 내지 70%의 크기를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지
    팩 케이스.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구 및/또는 냉매 배출구에는 냉매의 유동 구동력을 제공할 수 있도록 구동 팬이 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈 어셈블리가 장착되어 있는 구조의 전지팩.
  20. 제 17 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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