WO2017104878A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2017104878A1
WO2017104878A1 PCT/KR2015/013978 KR2015013978W WO2017104878A1 WO 2017104878 A1 WO2017104878 A1 WO 2017104878A1 KR 2015013978 W KR2015013978 W KR 2015013978W WO 2017104878 A1 WO2017104878 A1 WO 2017104878A1
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battery pack
pack
battery
secondary battery
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PCT/KR2015/013978
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이종영
이강우
강달모
박정민
성준엽
최용석
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery including one or more secondary cells, and more particularly, to a battery pack and a vehicle including the same having a simple structure, low volume and weight, and efficient cooling performance.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • secondary batteries are widely used not only in small devices such as portable electronic devices but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices. When used in such medium and large devices, a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.
  • the pouch-type secondary battery is widely used in such a medium-large device because of its advantages such as easy lamination and light weight.
  • various methods such as direct indirect water cooling and air cooling have been applied to battery packs to secure cooling performance.
  • a conventional battery pack in order to remove heat generated during charging and discharging, a plurality of metal cooling members are disposed around each secondary battery, and a refrigerant such as air or cooling water is often supplied to the cooling members.
  • a cooling member made of metal such as a cell cover or a cooling plate for the flow or heat conduction of a refrigerant is often interposed between each secondary battery.
  • the overall volume of the battery pack can be increased and the structure can be complicated. Therefore, when manufacturing a battery pack, while the processability is poor, there is a limit to miniaturization of the battery pack, there is also a problem that increases the manufacturing cost and time.
  • the cooling member and the secondary battery when using a cooling member made of an electrically conductive material such as an aluminum plate, the cooling member and the secondary battery must be insulated. Therefore, in order to provide a configuration for such insulation, the structure of the battery pack must be further complicated, and the volume and the cost may also increase.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and does not include a cooling member, a cooling flow path, a refrigerant circulation equipment, or the like, and can greatly reduce the number thereof, thereby simplifying the structure, miniaturization, and reducing manufacturing costs. It is an object of the present invention to provide a battery pack and a vehicle including the same, which can be secured and efficient cooling performance.
  • a battery pack according to the present invention for achieving the above object, a module comprising a plurality of secondary batteries and a plurality of cartridges that can be stacked on each other, the outer periphery of the secondary battery on the outside and at least part of which is made of a thermally conductive material. assembly; And a pack case having an empty space therein to accommodate the module assembly, at least a portion of which is made of a thermally conductive material to discharge heat of the module assembly to the outside.
  • the pack case may be made of a metal material.
  • the pack case may be aluminum die casting.
  • the module assembly, the top and bottom may be in contact with the inner surface of the pack case.
  • the secondary battery and the cartridge may be stacked in a plural number in the horizontal direction in a vertical shape.
  • the cartridge may comprise at least a portion of a thermally conductive polymer or a thermally conductive material comprising a thermally conductive filler and a polymer.
  • the secondary battery may be adhesively fixed by the cartridge and the adhesive.
  • the cartridge may be formed in a rectangular ring shape to accommodate the secondary battery in an inner space, and at least a portion of an outer circumferential portion of the secondary battery may be adhesively fixed to an inner surface of the cartridge.
  • two different secondary batteries may be adhesively fixed to one cartridge.
  • the cartridge may be formed to protrude inward from the inner side and have a protrusion interposed between two secondary batteries, and two secondary batteries may be adhesively fixed to the protrusion.
  • the protrusions may be formed in the left and right directions, respectively, so that the width narrows toward the inner direction.
  • the secondary battery may be adhesively fixed to the cartridge while the sealing portion is folded.
  • the adhesive may be a thermally conductive adhesive.
  • the apparatus may further include a thermal pad interposed between the module assembly and the pack case.
  • an uneven portion may be formed on the outer surface.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a battery pack according to the present invention.
  • the cartridge is made of a thermally conductive material and can discharge heat of the secondary battery through the cartridge, a cooling member such as a cooling plate or a cooling flow path inside the battery pack, particularly between the secondary batteries. It may not include.
  • the heat generated from the module assembly side is directly conducted to the pack case is discharged to the outside of the battery pack. Therefore, no separate device or space for circulating the refrigerant is required, and the battery pack can be cooled by natural air circulation outside the battery pack.
  • a battery pack can be provided which is excellent in cooling performance and advantageous in compactness, excellent in assembly and processability, and in which manufacturing cost and time can be reduced.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 'of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion A2 of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A3 of FIG. 2.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 'of FIG.
  • a battery pack according to the present invention may include a module assembly 100 and a pack case 200.
  • the module assembly 100 may include a secondary battery 110 and a cartridge 120.
  • the secondary battery 110 may be provided in plural in one module assembly 100.
  • each of the plurality of secondary batteries 110 may be configured as a pouch type secondary battery.
  • a pouch type secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch packaging material.
  • the electrode assembly may be configured such that at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate are disposed with the separator interposed therebetween. More specifically, the electrode assembly may be classified into a winding type in which one positive electrode plate and one negative electrode plate are wound together with a separator, and a stack type in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are alternately stacked with a separator interposed therebetween. .
  • the pouch packaging material may be configured to include an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer.
  • the pouch sheath may be formed of a metal thin film such as an aluminum thin film to protect internal components such as the electrode assembly and the electrolyte, and to improve the electrochemical properties and the heat dissipation of the electrode assembly and the electrolyte. have.
  • the aluminum thin film may be interposed between an insulating layer formed of an insulating material in order to secure electrical insulation between components inside the secondary battery 110 such as an electrode assembly and an electrolyte or other components outside the secondary battery 110. May be interposed.
  • the pouch sheath may be composed of two pouches, and at least one of the pouch sheaths may have a concave inner space.
  • the electrode assembly may be accommodated in the inner space of the pouch.
  • the outer peripheral surfaces of the two pouches are provided with a sealing portion such that the sealing portions are fused to each other, so that the inner space in which the electrode assembly is accommodated can be sealed.
  • each electrode plate of the electrode assembly is provided with an electrode tab, one or more electrode tabs may be connected to the electrode lead.
  • the electrode lead is interposed between the sealing portions of the two pouches and exposed to the outside of the pouch packaging material, thereby functioning as an electrode terminal of the secondary battery 110.
  • the cartridge 120 may accommodate the secondary battery 110 in an internal space, and may be configured to surround the outer circumferential portion of the secondary battery 110 from the outside.
  • the cartridge 120 may be formed in a substantially rectangular ring shape.
  • the cartridge 120 may be composed of four unit frames connected at both ends.
  • each unit frame constituting the cartridge 120 may be referred to as an upper unit frame, a lower unit frame, a front unit frame, a rear unit frame according to the position.
  • the cartridge 120 may be provided in a form in which each unit frame is separately manufactured and then assembled together, or may be molded into an integrated form from the beginning.
  • the pouch type secondary battery 110 may be configured in a substantially rectangular shape. Therefore, as in the embodiment, when the cartridge 120 is formed in a rectangular ring shape, it can be configured to surround the edge of the secondary battery 110 by placing the secondary battery 110 in the center empty space. have. Therefore, the cartridge 120 may accommodate the secondary battery 110 and protect the outside of the secondary battery 110.
  • the cartridge 120 may be configured to be stacked on each other.
  • the cartridges 120 may be stacked on each other in a left and right direction, as shown in FIG. 2.
  • the cartridge 120 may have a concave-convex structure in a form that corresponds to a surface stacked on each other, for example, a left side and a right side.
  • the concave-convex structure serves as a guide can be more easily assembled.
  • the cartridge 120 accommodates the pouch-type secondary battery 110 in an inner space, protects the outside of the pouch-type secondary battery 110, and guides the mutual arrangement of the pouch-type secondary battery 110. The flow of the stacked assemblies can be prevented.
  • the cartridge 120 may be made of a thermally conductive material.
  • the cartridge included in the conventional battery pack is generally made of a polymer material which is not thermally conductive, and thus almost no thermal conductivity is achieved through the cartridge. Therefore, in the case of a battery pack using such a cartridge, a separate cooling member and a cooling passage are often provided between secondary batteries.
  • the cartridge 120 is made of a thermally conductive material as in the present invention, at least a portion of the cartridge 120 is made of a thermally conductive material from the inner side to the outer side, whereby the heat of the secondary battery 110 is stored in the cartridge ( It can be easily delivered to the outside through 120). Therefore, according to this aspect of the present invention, even if a separate cooling member is not provided between the secondary batteries 110, effective cooling performance can be secured.
  • the cartridge 120 may be composed of a thermally conductive material comprising at least a portion of the thermally conductive polymer or at least a portion of a thermally conductive material comprising the thermally conductive filler and the polymer.
  • the cartridge 120 may be composed of a polymer as a main material instead of a general metal or metal alloy material.
  • the weight is smaller than that of a metal, so it is easy to achieve a light weight of the battery pack, has excellent moldability, a low thermal expansion coefficient, and low electrical conductivity, thereby making it easy to secure electrical insulation.
  • various polymer-based thermal conductive materials known at the time of filing the present invention may be employed.
  • the cartridge 120 may be formed of a composite material in which a filler having a thermal conductivity is mixed with a general polymer material.
  • the filler may include a silicon compound, an aluminum compound, a magnesium compound, a boron compound, and the like.
  • silicon oxide, aluminum oxide, boron nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, anhydrous magnesium carbonate, magnesium hydroxide and the like can be used.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and various thermally conductive fillers may be used as the material of the cartridge 120.
  • the polymer material used in the cartridge 120 may include various materials such as polypropylene, acrylonitrile butadiene styrene, polycarbonate, nylon, liquid crystal polymer, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, and the like. In addition, various polymer materials may be used as the cartridge 120 material of the present invention.
  • the thermally conductive material constituting the cartridge 120 may be formed of a material having a thermal conductivity of 1 W / mK or more.
  • a thermally conductive material may be made of a material such as polymer plastic or rubber, which is 2 W / mK to 20 W / mK.
  • the thermally conductive material may be made of a material of 5 W / mK or more.
  • the thermal conductivity is almost only 0.1 to 0.4 W / mK.
  • a polymer material having a higher thermal conductivity may be used, so that heat transfer and discharge may be performed by the cartridge 120. Therefore, according to this embodiment of the present invention, the heat of the secondary battery 110 is effectively transferred to the outside through the cartridge 120 without having a separate cooling member such as a metal cooling plate inside the cartridge 120. Can be discharged.
  • the module assembly 100 may include one or more unit battery modules.
  • the module assembly 100 may include five unit battery modules, and each unit battery module may include a plurality of secondary cells 110 arranged side by side in a horizontal direction. And a plurality of cartridges 120.
  • the cartridge 120 may be configured to be coupled to each unit battery module.
  • the pack case 200 may have an empty space therein to accommodate the module assembly 100.
  • the pack case 200 may include an upper case 210 and a lower case 220.
  • the pack case 200 is configured by accommodating the module assembly 100 in the inner space of the lower case 220 and the upper case 210, and the lower case 220 and the upper case 210 are mutually coupled to each other. You can do that.
  • the lower case 220 and the upper case 210 may be fixed to each other in various ways such as bolt coupling or hook coupling.
  • the pack case 200 at least a portion may be made of a thermally conductive material.
  • the pack case 200 may directly discharge heat of the module assembly 100 to the outside of the battery pack. That is, the pack case 200 may discharge heat from the body itself made of a thermally conductive material, even if the pack case 200 does not have a configuration for discharging the heat inside, for example, a pipe or a duct for flowing in and out of the refrigerant. .
  • a passive cooling configuration by natural air circulation outside the battery pack can be achieved.
  • the structure of the battery pack can be simplified, manufacturing cost and time can be reduced, and the volume of the battery pack can be reduced.
  • the pack case 200 may be made of a metal material.
  • a metal not only is excellent in thermal conductivity, but also has a hard characteristic. Therefore, according to this configuration of the present invention, not only the heat of the module assembly 100 side can be easily discharged to the outside through the pack case 200, but also the components housed inside, such as the secondary battery 110. Can be effectively protected from external shocks and the like.
  • the pack case 200 may be configured to be directly exposed to the outside without additional components.
  • the pack case 200 may be an aluminum die casting molded product. According to this configuration of the present invention, since the pack case 200 is made of aluminum, it may be excellent in thermal conductivity and light in weight. Furthermore, when the pack case 200 is manufactured by a die casting method, the productivity and precision are excellent, and a smooth surface can be obtained, and thus the contact with the module assembly 100 can be improved. The thermal resistance may be lowered at the contact portion of the pack case 200.
  • the pack case 200 may be made of the same thermally conductive material, for example, the same aluminum or aluminum alloy material.
  • the module assembly 100 when the module assembly 100 is accommodated in the pack case 200, at least a part thereof may be configured to contact the inner surface of the pack case 200.
  • the module assembly 100 may be configured such that at least one of an upper portion and a lower portion contacts an inner surface of the pack case 200.
  • the module assembly 100 may be configured such that the lower portion contacts the upper surface of the lower case 220 and the upper portion contacts the lower surface of the upper case 210. have.
  • the secondary batteries 110 may be stacked in a plural number in the horizontal direction so as to stand in the vertical direction.
  • the pouch-type secondary battery 110 may be arranged in a plurality of left and right directions in a form standing vertically to the ground so that a wide surface faces left and right.
  • the pouch type secondary battery 110 has two wide surfaces facing the left and right sides, and the sealing portion is positioned on the upper, lower, front and rear sides. It may be constructed in such a way as to be erected.
  • the pouch-type secondary battery 110 of the upright shape may be arranged in parallel to the left and right directions in a form in which wide surfaces thereof face each other.
  • the cartridge 120 may be arranged in a plural number in the horizontal direction so as to stand up and down. That is, as shown in FIG. 2, the cartridges 120 are stacked in the left and right directions to maintain the configuration of the secondary batteries 110 arranged in the left and right directions, and cover the outside of the secondary batteries 110. have.
  • all cartridges 120 can be in direct contact with the pack case 200. Therefore, heat may be uniformly transferred to the pack case 200 for all of the secondary batteries 110 provided in each cartridge 120. That is, in this configuration of the present invention, all of the secondary batteries 110 can be directly transferred heat to the pack case 200 through the cartridge 120. Therefore, even if a plurality of secondary batteries 110 are included in the module assembly 100, it is possible to prevent heat emission deviations from occurring in every secondary battery 110.
  • At least a portion of the secondary battery 110 may be adhesively fixed to the cartridge 120 by an adhesive.
  • the secondary battery 110 since the secondary battery 110 may not move in the internal space of the cartridge 120 by the adhesive, due to the flow of the secondary battery 110 during an external impact between the electrode lead and the bus bar This can prevent problems such as breaking the bond.
  • the cartridge 120 is made of a thermally conductive material so that the heat of the secondary battery 110 can be transferred to the cartridge 120, where the secondary battery 110 and the cartridge 120
  • the adhesive between the layers it is possible to prevent or reduce the presence of an air layer therebetween. Therefore, it is possible to prevent the heat transfer efficiency between the secondary battery 110 and the cartridge 120 from being lowered due to the heat resistance caused by the air layer.
  • the cartridge 120 is formed in a rectangular ring shape to accommodate the secondary battery 110 in an empty space of the central portion, that is, the inner space, wherein the secondary battery 110 has at least a portion of the outer peripheral portion of the cartridge 120. It can be adhesively fixed to the inner surface of the). This will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 and 4 are enlarged views of an A2 portion and an A3 portion of FIG. 2. More specifically, FIG. 3 shows a portion of the lower configuration of the battery pack, and FIG. 4 shows a portion of the upper configuration of the battery pack. That is, FIG. 3 illustrates a lower portion of the secondary battery 110, a lower unit frame and a lower case 220 of the cartridge 120, and FIG. 4 illustrates an upper portion of the secondary battery 110 and an upper unit of the cartridge 120. The frame and top case 210 are shown.
  • the sealing portion S when the secondary battery 110 is disposed in a form perpendicular to the ground, the outer circumferential portion of the secondary battery 110, that is, the sealing portion S may be positioned below.
  • an adhesive B may be interposed between the sealing unit S of the secondary battery 110 and the lower unit frame so that the lower portion of the secondary battery 110 and the cartridge 120 are adhesively fixed to each other.
  • the sealing part S of the secondary battery 110 may be located under the secondary battery 110.
  • an adhesive B may be interposed between the sealing unit of the secondary battery 110 and the upper unit frame. Therefore, in this case, the upper portion of the secondary battery 110 and the cartridge 120 may be adhesively fixed to each other by an adhesive.
  • the upper outer peripheral side and the lower outer peripheral side may be adhesively fixed to the cartridge 120, respectively.
  • the pouch type secondary battery 110 may be configured in a rectangular shape, wherein the outer circumferential portion of the pouch type secondary battery 110 may have two long sides and two short sides.
  • the pouch type secondary battery 110 may be disposed such that two long sides, that is, two long sides are positioned on the upper side and the lower side, and two short sides are positioned on the front side and the rear side.
  • the pouch-type secondary battery 110 may be adhesively fixed to the cartridge 120 by two long sides of the adhesive.
  • the long side portion of the outer peripheral portion of the secondary battery 110 is adhesively fixed to the cartridge 120, thereby improving adhesion.
  • the electrode lead may protrude from the short side of the pouch-type secondary battery 110, it may be desirable to apply the adhesive to the long side rather than the adhesive on the short side, in terms of fixing strength and fairness.
  • the cartridge 120 may accommodate one or more secondary batteries 110.
  • the cartridge 120 may accommodate two secondary batteries 110 in an inner space, as shown in FIGS. 2 to 4.
  • the cartridge 120 may be configured such that two different secondary batteries 110 are adhesively fixed to one cartridge 120.
  • a lower portion of two adjacent secondary batteries 110 may be seated on a lower side of one cartridge 120.
  • the lower portions of the two secondary batteries 110 may be adhesively fixed to the same cartridge 120 through the adhesive (B).
  • upper portions of two adjacent secondary batteries 110 may be adhesively fixed to an upper side of one cartridge 120.
  • each cartridge 120 may be formed in the concave-convex structure to be stacked on each other, as long as the cartridge 120 is laminated by the combination of the concave-convex structure, the secondary battery 110 is Since it is naturally stacked, it is possible to reduce the inconvenience of stacking the secondary battery 110 while stacking the cartridge 120.
  • the volume of the battery pack can be reduced by narrowing the interval between adjacent secondary batteries 110.
  • the cartridge 120 may include a protrusion formed to protrude inward from the inner surface.
  • both of the secondary batteries 110 may be adhesively fixed to the protrusions.
  • the cartridge 120 may include a protrusion P formed to protrude upward from a central portion of the upper surface of the lower unit frame.
  • the protrusion P may be interposed between two adjacent secondary batteries 110, in particular, between sealing portions of two secondary batteries 110.
  • two adjacent secondary batteries 110 may be adhesively fixed to the protrusion P by an adhesive B.
  • the cartridge 120 may include a protrusion P formed to protrude downward from the center portion of the lower surface of the upper unit frame.
  • the protrusion P may be interposed between the sealing portions S of two adjacent secondary batteries 110 to be adhesively fixed to the outer circumferential portions of the two secondary batteries 110.
  • the protrusion may be formed to be narrower in an inner direction, that is, toward the center of the battery pack.
  • the protrusion formed in the lower unit frame of the cartridge 120, as shown in Figure 3 the upper portion is formed in a substantially triangular shape, it may be formed narrower in width toward the upper direction.
  • two inclined surfaces E may be formed at the upper end of the protrusion in the left and right directions, respectively.
  • the protrusion may be configured such that there is no part parallel to the ground.
  • the protrusion formed in the upper unit frame of the cartridge 120, as shown in Figure 4 the lower portion is formed in a substantially inverted triangle shape, it may be formed to become narrower toward the lower direction.
  • two inclined surfaces E may be formed at the lower ends of the protrusions in the left and right directions, respectively.
  • the secondary battery 110 and the cartridge 120 may be coupled in a more intimate state.
  • the secondary battery 110 may move downward along the inclined surface of the protrusion formed on the cartridge 120.
  • the secondary battery 110 may be configured to be as close as possible to the cartridge 120. Therefore, according to this embodiment of the present invention, it is possible to reduce the distance between the secondary battery 110 and the cartridge 120 to improve the cooling performance, and to obtain a strong bonding force while reducing the amount of adhesive.
  • the inclined surface formed at the end of the protrusion may be formed in a flat shape. That is, the inclined surface of the protrusion may be formed in a planar shape instead of a curved shape, such that the secondary battery 110 may be moved in the lower or upper direction as much as possible along the inclined surface of the protrusion of the cartridge 120. Therefore, according to this configuration of the present invention, the secondary battery 110 is configured to be in close contact with the cartridge 120 as much as possible to increase the cooling performance and to reduce the volume of the module assembly 100.
  • the secondary battery 110 may be configured such that a sealing part is folded and adhesively fixed to the cartridge 120.
  • the lower sealing part S of the secondary battery 110 may be folded at least once in an upper direction, that is, toward the storage space of the electrode assembly.
  • the folded lower sealing part S and the lower unit frame of the cartridge 120 may be adhesively fixed through the adhesive B.
  • the upper sealing part S of the secondary battery 110 may be folded at least once in a downward direction.
  • the folded upper sealing part S and the upper unit frame of the cartridge 120 may be adhesively fixed through the adhesive B.
  • the distance between the secondary battery 110 and the cartridge 120 is narrowed, so that the heat transfer efficiency from the secondary battery 110 to the cartridge 120 may be increased.
  • the adhesive B since the adhesive B is located inside and / or outside the folded sealing portion S, and the air layer may be removed, the heat inside the secondary battery 110 may also be stored through the folded portion of the sealing portion S. It can be easily delivered to 120.
  • the adhesive B for adhesive fixing between the secondary battery 110 and the cartridge 120 may be a thermally conductive adhesive.
  • the thermal conductivity is higher than that of the general adhesive, the heat transfer amount and the heat transfer rate between the secondary battery 110 and the cartridge 120 can be further increased. Therefore, according to this embodiment of the present invention, by further improving the heat dissipation performance of the secondary battery 110 through the cartridge 120, the cooling performance of the battery pack can be improved.
  • the uneven portion may be formed on the outer surface.
  • the lower case 220 may include an uneven portion formed by alternately placing convex portions and concave portions on the lower surface.
  • the upper case 210 may allow convex and concave portions to be formed by alternately placing convex portions and concave portions on the upper surface.
  • the heat dissipation performance may be improved by widening the outer surface area of the pack case 200 due to the uneven portion D formed on the outer surface of the pack case 200.
  • the upper surface and / or lower surface of the module assembly 100 is in contact with the inner surface of the pack case 200 so that the heat on the module assembly 100 side pack pack 200 Through it can be discharged in the upward direction or downward direction. Therefore, when the concave-convex portion D is formed on the upper outer surface and the lower outer surface of the pack case 200, this heat dissipation configuration can be more smoothly achieved.
  • the battery pack according to the present invention may further include a thermal pad 300.
  • the thermal pad 300 may be interposed between the module assembly 100 and the pack case 200, as shown in various figures.
  • the thermal pad 300 is made of a thermally conductive material, and may transfer heat between the module assembly 100 and the pack case 200.
  • the thermal pad 300 is interposed between the lower surface of the module assembly 100 and the upper surface of the lower case 220 to transfer heat from the module assembly 100 to the lower case 220.
  • the thermal pad 300 may be interposed between an upper surface of the module assembly 100 and a lower surface of the upper case 210 to transfer heat from the module assembly 100 to the upper case 210. .
  • the thermal pad 300 may be fixed in contact with the module assembly 100 and / or the pack case 200 through an adhesive. According to this embodiment of the present invention, while preventing the flow of the thermal pad 300 and / or the pack case 200 in the pack case 200, while the thermal pad 300 and the module assembly 100 and / or By removing or reducing the air layer between the thermal pad 300 and the pack case 200 can increase the mutual heat transfer efficiency.
  • the thermal pad 300 may include an elastic body.
  • the thermal pad 300 may be formed of an elastic material as a whole. According to this configuration of the present invention, it is possible to improve the adhesion between the thermal pad 300 and the module assembly 100 and / or the thermal pad 300 and the pack case 200 to increase the heat transfer efficiency therebetween. .
  • the thermal pad 300 may prevent the module assembly 100 from being damaged by absorbing the impact.
  • the battery pack according to the present invention may further include other components in addition to the above configuration.
  • the battery pack may include electrical components such as a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse.
  • the battery management system refers to a battery management device that generally controls the charge / discharge operation of the battery pack, and such a BMS is a component that is typically included in the battery pack.
  • the current sensor is a component for sensing the charge and discharge current of the battery pack
  • the relay is a switching component for selectively opening and closing the charge and discharge path through which the charge and discharge current of the battery pack flows.
  • the fuse is a component that is provided on the charge / discharge path of the battery pack and is melted when an abnormal situation occurs in the battery pack to block the flow of charge / discharge current.
  • the battery pack according to the present invention may further include a bus bar for transferring charge / discharge power of the module assembly 100 or a cable for transmitting an electrical signal.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include a battery pack according to the present invention.
  • the vehicle according to the present invention may include a battery pack according to the present invention.
  • cooling performance, weight reduction, and miniaturization of the battery pack are very important factors. Therefore, when the battery pack according to the present invention is applied to such a vehicle, a stable, safe, small and light battery pack can be provided with effective cooling performance.

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Abstract

본 발명은 구조가 간단하고 부피 및 무게가 낮으며 효율적인 냉각 성능이 확보될 수 있는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 이차 전지, 및 상호 적층 가능하며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸고 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지를 구비하는 모듈 어셈블리; 및 내부에 빈 공간을 구비하여 상기 모듈 어셈블리를 수용하고, 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성되어 상기 모듈 어셈블리의 열을 외부로 배출시키는 팩 케이스를 포함한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 간단하고 부피 및 무게가 낮으며 효율적인 냉각 성능이 확보될 수 있는 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
일반적으로 배터리 팩에 대해서는, 냉각 성능을 확보하기 위해 직 간접 수냉, 공냉 등 다양한 방법이 적용되고 있다. 그런데, 기존 배터리 팩의 경우 충 방전 시 발생하는 열을 제거하기 위해, 각 이차 전지 주변에 금속 재질의 다수의 냉각 부재를 배치시키고 냉각 부재 주변으로 공기나 냉각수와 같은 냉매가 공급되도록 하는 경우가 많다. 예를 들어, 종래에는 냉매의 유동 또는 열전도를 위한 셀 커버 또는 냉각 플레이트와 같은 금속 재질의 냉각 부재를 각 이차 전지 사이에 개재시키는 경우가 많다.
하지만, 다수의 이차 전지 주변에 이러한 냉각 부재를 추가로 구비하거나, 냉매가 흐르기 위한 유로 공간을 마련하기 위해서는, 배터리 팩의 전체적인 부피가 증가할 수밖에 없고 구조를 복잡하게 만들 수 있다. 따라서, 배터리 팩 제조 시, 공정성이 떨어지는 한편, 배터리 팩의 소형화에도 한계를 가져오며, 제조 비용 및 시간도 증가시키는 문제점이 있다.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 냉매의 순환을 위해 팬이나 펌프와 같은 별도의 장비가 사용되나, 이 경우 제조 비용, 제조 시간 및 배터리 팩의 부피가 증가할 수 있고, 배터리 팩의 구조가 더욱 복잡해질 수 있다.
더욱이, 알루미늄 플레이트와 같은 전기 전도성 재질의 냉각 부재를 사용하는 경우, 냉각 부재와 이차 전지는 절연성이 확보되어야 한다. 따라서, 이러한 절연을 위한 구성 등을 마련하기 위해 배터리 팩의 구조는 더욱 복잡해질수 밖에 없고, 부피 및 비용 또한 증가하게 되는 문제점이 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각 부재나 냉각 유로, 냉매 순환 장비 등을 포함하지 않거나 그 개수를 크게 줄일 수 있어 구조가 단순하고 소형화에 유리하며 제조 비용이 감소될 수 있으면서도, 효율적인 냉각 성능이 확보될 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 이차 전지, 및 상호 적층 가능하며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸고 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지를 구비하는 모듈 어셈블리; 및 내부에 빈 공간을 구비하여 상기 모듈 어셈블리를 수용하고, 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성되어 상기 모듈 어셈블리의 열을 외부로 배출시키는 팩 케이스를 포함한다.
여기서, 상기 팩 케이스는, 금속 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 알루미늄 다이캐스팅일 수 있다.
또한, 상기 모듈 어셈블리는, 상부 및 하부가 상기 팩 케이스의 내측면에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지 및 상기 카트리지는 상하 방향으로 세워진 형태로 수평 방향으로 복수 개 배열되어 적층될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하거나, 또는 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 적어도 일부분이 상기 카트리지와 접착제에 의해 접착 고정될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는 사각 링 형태로 형성되어 내부 공간에 상기 이차 전지를 수용하고, 상기 이차 전지의 외주부 중 적어도 일부가 상기 카트리지의 내측 표면에 접착 고정될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 2개의 서로 다른 이차 전지가 1개의 카트리지에 접착 고정될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 내측면에서 내부 방향으로 돌출되게 형성되어 2개의 이차 전지 사이로 개재된 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부에 2개의 이차 전지가 접착 고정될 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 내측 방향으로 갈수록 폭이 좁아지게 경사면이 좌우 방향으로 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 실링부가 폴딩된 상태로 상기 카트리지에 접착 고정될 수 있다.
또한, 상기 접착제는, 열전도성 접착제일 수 있다.
또한, 상기 모듈 어셈블리와 상기 팩 케이스 사이에 개재된 써멀 패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 외측 표면에 요철부가 형성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 구조를 단순화하고, 크기를 줄이며, 효율적인 냉각 성능이 확보되도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 구성에 의하면, 카트리지가 열전도성 재질로 구성되어, 카트리지를 통해 이차 전지의 열을 배출시킬 수 있으므로, 배터리 팩 내부, 특히 이차 전지 사이에 냉각 플레이트와 같은 냉각 부재나 냉각 유로를 포함하지 않을 수 있다.
또한, 이차 전지 사이에 냉각 부재가 개재되지 않는 경우, 이러한 냉각 부재와 이차 전지 사이에 전기적 절연성을 확보하기 위한 구성을 마련할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩 내부 공간에서 냉매가 순환되는 구성이 아니라, 모듈 어셈블리 측에서 발생한 열이 팩 케이스로 직접 전도되어 배터리 팩 외부로 배출되는 구성이라 할 수 있다. 그러므로, 냉매를 순환하기 위한 별도의 장치나 공간이 필요 없고, 배터리 팩 외부의 자연적인 공기 순환에 의해 배터리 팩을 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 냉각 성능이 우수하면서도 컴팩트화에 유리하고, 조립성 및 공정성이 우수하며, 제조 비용 및 시간이 감소될 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 3은, 도 2의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 4는, 도 2의 A3 부분에 대한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 모듈 어셈블리(100) 및 팩 케이스(200)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 어셈블리(100)는, 이차 전지(110) 및 카트리지(120)를 구비할 수 있다.
여기서, 이차 전지(110)는, 하나의 모듈 어셈블리(100)에 복수 개 구비될 수 있다. 특히, 복수의 이차 전지(110) 각각은, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형, 및 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
또한, 파우치 외장재는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속 박막, 이를테면 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은, 전극 조립체 및 전해액과 같은 이차 전지(110) 내부의 구성요소나 이차 전지(110) 외부의 다른 구성 요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이에 개재될 수 있다.
특히, 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치의 내부 공간에는 전극 조립체가 수납될 수 있다. 또한, 2개의 파우치의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
한편, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드는 2개의 파우치의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써, 이차 전지(110)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 모듈 어셈블리(100)에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 파우치형 이차 전지가 채용될 수 있다.
상기 카트리지(120)는, 이차 전지(110)를 내부 공간에 수용하며, 특히 이차 전지(110)의 외주부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 카트리지(120)는, 대략 사각 링 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(120)는, 양 단부가 상호 연결된 4개의 단위 프레임으로 구성될 수 있다. 이때, 카트리지(120)를 구성하는 각 단위 프레임은, 위치에 따라 상부 단위 프레임, 하부 단위 프레임, 전방 단위 프레임, 후방 단위 프레임으로 지칭될 수 있다. 이러한 카트리지(120)는, 각 단위 프레임이 별도로 제조된 후 상호 조립되는 형태로 마련될 수도 있고, 처음부터 서로 일체화된 형태로 성형될 수도 있다.
특히, 파우치형 이차 전지(110)는 대략 사각형 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 카트리지(120)가 사각 링 형태로 형성되는 경우, 중앙의 빈 공간에 이차 전지(110)가 위치하도록 함으로써 이차 전지(110)의 테두리부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 그러므로, 카트리지(120)는, 이차 전지(110)를 수납하며 이차 전지(110)의 외측을 보호할 수 있다.
또한, 상기 카트리지(120)는, 상호 적층 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌우 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이때, 상기 카트리지(120)는, 상호 적층되는 표면, 이를테면 좌측면과 우측면에 상호 대응되는 형태로 요철 구조가 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 카트리지(120)에 형성된 요철 구조로 인해, 카트리지(120) 간 체결성 및 고정력이 향상될 수 있고, 요철 구조가 가이드 역할을 하여 조립이 보다 용이해질 수 있다.
이처럼, 상기 카트리지(120)는, 파우치형 이차 전지(110)를 내부 공간에 수용하여, 파우치형 이차 전지(110)의 외측을 보호하고, 파우치형 이차 전지(110)의 상호 배열을 가이드하는 한편, 적층된 조립체의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 상기 카트리지(120)는, 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 종래 배터리 팩에 포함되는 카트리지의 경우, 대체로 열전도성이 없는 폴리머 재질로 구성되어, 카트리지를 통해서는 열전도가 거의 이루어지지 않는다. 따라서, 이러한 카트리지를 이용하는 배터리 팩의 경우, 이차 전지 사이에 별도의 냉각 부재 및 냉각 유로를 두는 경우가 많다. 하지만, 본 발명에서와 같이 카트리지(120)가 열전도성 재질로 이루어지는 구성에 의하면, 카트리지(120)의 적어도 일부분이 내측에서 외측까지 열전도성 재질로 구성됨으로써, 이차 전지(110)의 열이 카트리지(120)를 통해 외부로 쉽게 전달될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지(110) 사이에 별도의 냉각 부재를 구비하지 않더라도, 효과적인 냉각 성능이 확보될 수 있다.
특히, 카트리지(120)는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하는 열전도성 재료로 구성되거나, 적어도 일부분이 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료로 구성될 수 있다.
즉, 카트리지(120)는 일반적인 금속이나 금속 합금 재료가 아닌 고분자를 주재료로 하여 구성될 수 있다. 이와 같이 고분자에 기반한 열전도성 재료의 경우, 금속보다 무게가 작아 배터리 팩의 경량화 달성에 용이하고, 성형성이 우수하며, 열팽창계수가 낮고, 전기 전도성이 낮아 전기적 절연성을 확보하기가 쉽다. 본 발명은, 카트리지(120)의 재료로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 고분자 기반 열전도성 재료가 채용될 수 있다.
예를 들어, 상기 카트리지(120)는, 일반적인 고분자 재료에 열전도성을 갖는 필러가 혼합된 복합 재료 형태의 재질로 구성될 수 있다. 여기서, 필러에는, 규소 화합물, 알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, 붕소 화합물 등이 포함될 수 있다. 이를테면, 열전도성 재료에 포함되는 필러로서, 산화규소, 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 무수탄산마그네슘, 수산화마그네슘 등이 이용될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 열전도성 필러가 카트리지(120)의 재료로서 이용될 수 있다.
상기 카트리지(120)에 사용되는 고분자 재료로는, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌, 폴리카보네이트, 나일론, 액정 폴리머, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르에테르케톤 등 다양한 재료가 포함될 수 있다. 또한, 이 밖에 다양한 고분자 재료가 본 발명의 카트리지(120) 재료로 이용될 수 있다.
특히, 상기 카트리지(120)를 구성하는 열전도성 재료는, 열전도율이 1W/mK 이상인 물질로 이루어질 수 있다. 이를테면, 이러한 열전도성 재료는, 2W/mK ~ 20W/mK 인 고분자 플라스틱이나 고무 등의 재료로 이루어질 수 있다. 더욱이, 열전도성 재료는, 5W/mK 이상인 재료로 이루어질 수 있다.
종래, 카트리지 등의 소재로서 이용되는 플라스틱의 경우, 대체로 열전도성이 0.1~0.4 W/mK에 불과하여 거의 없다고 할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 카트리지(120)의 경우, 열전도성이 이보다 높은 폴리머 소재가 사용됨으로써, 카트리지(120)에 의해 열전달 및 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이와 같은 실시예에 의하면, 카트리지(120) 내부에 금속 재질의 냉각 플레이트와 같은 별도의 냉각 부재를 두지 않고도, 이차 전지(110)의 열이 카트리지(120)를 통해 외부로 효과적으로 배출되도록 할 수 있다.
한편, 모듈 어셈블리(100)는, 하나 또는 그 이상의 단위 배터리 모듈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 모듈 어셈블리(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 5개의 단위 배터리 모듈을 구비할 수 있으며, 각각의 단위 배터리 모듈은 수평 방향으로 나란하게 배치된 복수의 이차 전지(110) 및 복수의 카트리지(120)를 구비할 수 있다. 이때, 카트리지(120)는, 각각의 단위 배터리 모듈 별로 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는, 내부에 빈 공간을 구비하여 상기 모듈 어셈블리(100)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 상기 팩 케이스(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(210)와 하부 케이스(220)를 구비할 수 있다. 이 경우, 하부 케이스(220) 및 상부 케이스(210)의 내부 공간에 모듈 어셈블리(100)를 수용하고, 하부 케이스(220)와 상부 케이스(210)의 상호 결합을 통해 팩 케이스(200)가 구성되도록 할 수 있다. 여기서, 하부 케이스(220)와 상부 케이스(210)는, 볼트 결합이나 후크 결합 등 다양한 방식으로 서로 결합 고정될 수 있다.
특히, 상기 팩 케이스(200)는, 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성을 통해, 상기 팩 케이스(200)는, 모듈 어셈블리(100)의 열을 배터리 팩의 외부로 직접 배출시킬 수 있다. 즉, 상기 팩 케이스(200)는, 내부의 열을 외부로 배출시키기 위한 구성, 이를테면 냉매를 유출입시키기 위한 파이프나 덕트 등을 구비하지 않더라도, 열전도성 재질로 구성된 본체 자체에서 열을 배출시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 배터리 팩의 외측에서 자연적인 공기 순환에 의한 수동적 냉각 구성이 달성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 구조가 간소화되고 제조 비용 및 시간이 절감되며, 배터리 팩의 부피가 줄어들 수 있다.
바람직하게는, 상기 팩 케이스(200)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 금속의 경우, 열전도성이 우수할 뿐만 아니라, 단단한 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(200)를 통해 모듈 어셈블리(100) 측의 열을 외부로 용이하게 배출할 수 있을 뿐 아니라, 이차 전지(110)와 같이 내부에 수납된 구성요소를 외부의 충격 등으로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩이 전기 자동차 등에 장착되는 경우, 별도의 추가 구성요소 없이 팩 케이스(200)가 직접 외부로 노출되도록 구성될 수도 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 팩 케이스(200)는, 알루미늄 다이캐스팅 성형품일 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(200)가 알루미늄 재질로 구성되기 때문에, 열전도성이 우수하고, 무게가 가벼울 수 있다. 더욱이, 팩 케이스(200)가 다이캐스팅 방식으로 제조되는 경우, 생산성 및 정밀성이 우수하고, 매끄러운 표면을 얻을 수 있어, 모듈 어셈블리(100)와의 접촉성이 좋아질 수 있으며, 이로 인해 모듈 어셈블리(100)와 팩 케이스(200)의 접촉 부분에서 열저항을 낮출 수 있다.
특히, 상기 팩 케이스(200)는, 전체적으로 동일한 열전도성 재질, 이를테면 동일한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 모듈 어셈블리(100)는, 팩 케이스(200)에 수납될 때, 적어도 일부가 팩 케이스(200)의 내측면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 모듈 어셈블리(100)는, 상부 및 하부 중 적어도 하나가 팩 케이스(200)의 내측면에 접촉되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 모듈 어셈블리(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부가 하부 케이스(220)의 상부면에 접촉되고, 상부가 상부 케이스(210)의 하부면에 접촉되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 어셈블리(100)와 팩 케이스(200)의 접촉 부분을 통해, 모듈 어셈블리(100) 측의 열이 팩 케이스(200)로 직접 전도될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 어셈블리(100)와 팩 케이스(200) 사이의 열 전달 경로에 공기층이 존재하지 않으므로, 모듈 어셈블리(100)의 열이 팩 케이스(200)로 효과적으로 전달되어 배터리 팩의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 이차 전지(110)는, 각각 상하 방향으로 세워지는 형태로 수평 방향으로 복수 개 배열되어 적층될 수 있다. 예를 들어, 파우치형 이차 전지(110)는, 도 2에 도시된 구성과 같이, 넓은 면이 좌우를 향하도록 지면에 수직하게 세워진 형태로 좌우 방향으로 다수 배열될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 배터리 팩의 모듈 어셈블리(100)에 있어서, 파우치형 이차 전지(110)는, 2개의 넓은 면이 각각 좌우 측을 향하도록 하고, 상부, 하부, 전방 및 후방 측에는 실링부가 위치하도록 세워지는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 세워진 형태의 파우치형 이차 전지(110)는, 넓은 면이 서로 대면되는 형태로 좌우 방향으로 평행하게 배열될 수 있다.
또한, 상기 카트리지(120)는, 이러한 이차 전지(110)의 배열 형태와 마찬가지로, 상하 방향으로 세워지는 형태로 수평 방향으로 복수 개 배열될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 구성과 같이, 카트리지(120)는 좌우 방향으로 적층됨으로써, 좌우 방향으로 배열된 이차 전지(110)의 구성이 유지되도록 하고, 이차 전지(110)의 외측을 커버할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모든 카트리지(120)가 팩 케이스(200)와 직접 접촉할 수 있게 된다. 따라서, 각 카트리지(120)에 구비된 모든 이차 전지(110)에 대하여 열이 균등하게 팩 케이스(200)로 전달될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 구성에서는, 모든 이차 전지(110)가 카트리지(120)를 통해 팩 케이스(200)로 직접 열이 전달되도록 할 수 있다. 그러므로, 모듈 어셈블리(100)에 다수의 이차 전지(110)가 포함되더라도, 이차 전지(110)마다 열 배출 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 이차 전지(110)는, 적어도 일부분이 카트리지(120)와 접착제에 의해 접착 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 접착제에 의해 이차 전지(110)가 카트리지(120)의 내부 공간에서 움직이지 않을 수 있으므로, 외부 충격 시 이차 전지(110)의 유동으로 인해 전극 리드와 버스 바 사이의 결합이 끊어지는 문제 등을 예방할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 카트리지(120)가 열전도성 재질로 구성되어 이차 전지(110)의 열이 카트리지(120)로 전달될 수 있는데, 이때 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이에 접착제가 개재됨으로 인해 이들 사이에 공기층이 존재하는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 따라서, 이러한 공기층에 의한 열저항으로 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이의 열전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 카트리지(120)는 사각 링 형태로 형성되어, 중앙 부분의 빈 공간, 즉 내부 공간에 이차 전지(110)를 수용할 수 있는데, 이때 이차 전지(110)는 외주부 중 적어도 일부가 카트리지(120)의 내측 표면에 접착 고정될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는, 도 2의 A2 부분 및 A3 부분에 대한 확대도이다. 보다 구체적으로, 도 3에는 배터리 팩의 하부 구성의 일부분이 도시되어 있고, 도 4에는 배터리 팩의 상부 구성의 일부분이 도시되어 있다. 즉, 도 3에는 이차 전지(110)의 하부, 카트리지(120)의 하부 단위 프레임 및 하부 케이스(220)가 도시되어 있고, 도 4에는 이차 전지(110)의 상부, 카트리지(120)의 상부 단위 프레임 및 상부 케이스(210)가 도시되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 이차 전지(110)는, 지면에 수직하게 세워지는 형태로 배치되는 경우, 하부에 이차 전지(110)의 외주부, 즉 실링부(S)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 이차 전지(110)의 실링부(S)와 하부 단위 프레임 사이에는 접착제(B)가 개재되어 이차 전지(110)의 하부와 카트리지(120)가 서로 접착 고정되도록 할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 이차 전지(110)의 하부에도 이차 전지(110)의 실링부(S)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 이차 전지(110)의 실링부와 상부 단위 프레임 사이에는 접착제(B)가 개재될 수 있다. 따라서, 이 경우, 이차 전지(110)의 상부와 카트리지(120)는 접착제에 의해 서로 접착 고정될 수 있다.
이처럼, 파우치형 이차 전지(110)는, 카트리지(120)에 수용될 때, 상부 외주부 측과 하부 외주부 측이 각각 카트리지(120)와 접착 고정될 수 있다.
특히, 파우치형 이차 전지(110)는 직사각형 형태로 구성될 수 있는데, 이때 파우치형 이차 전지(110)의 외주부는 2개의 장변과 2개의 단변을 구비한다고 할 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지(110)는 길이가 긴 2개의 변, 즉 2개의 장변이 상부 측과 하부 측에 위치하고, 2개의 단변이 전방 측과 후방 측에 위치하도록 배치될 수 있다. 그리고, 파우치형 이차 전지(110)는, 2개의 장변이 접착제에 의해 카트리지(120)와 접착 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지(110) 외주부의 장변 부분이 카트리지(120)에 접착 고정됨으로써 접착력이 보다 향상될 수 있다. 더욱이, 파우치형 이차 전지(110)의 단변에는 전극 리드가 돌출될 수 있으므로, 이러한 단변 부분에 접착제가 도포되기보다는 장변 부분에 접착제가 도포되는 것이, 고정력 강화 및 공정성 측면에서 바람직할 수 있다.
한편, 상기 카트리지(120)는 하나 또는 그 이상의 이차 전지(110)를 수용할 수 있다. 특히, 카트리지(120)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 2개의 이차 전지(110)를 수용할 수 있다. 이때, 상기 카트리지(120)는, 2개의 서로 다른 이차 전지(110)가 1개의 카트리지(120)에 접착 고정되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 구성을 참조하면, 1개의 카트리지(120)의 하부 측에는 인접하는 2개의 이차 전지(110)의 하부가 안착될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 이차 전지(110) 하부는 접착제(B)를 통해 동일한 카트리지(120)에 접착 고정될 수 있다. 이와 유사하게, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 1개의 카트리지(120)의 상부 측에는 인접하는 2개의 이차 전지(110)의 상부가 접착 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 카트리지(120)에 2개의 이차 전지(110)가 접착 고정되어 있으므로, 카트리지(120)의 적층 공정이 보다 용이해지고, 카트리지(120)의 상호 체결만으로도 이차 전지(110)의 유동이 보다 확실하게 방지될 수 있다. 특히, 도면에 도시된 바와 같이, 각 카트리지(120)는 상호 적층 가능하게 요철 구조가 형성될 수 있는데, 이러한 요철 구조의 결합을 통해 카트리지(120)를 적층하기만 하면, 이차 전지(110)는 자연스럽게 적층되므로, 카트리지(120)를 적층하면서 이차 전지(110)도 적층해 나가는 불편함을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 인접하는 이차 전지(110) 상호 간의 간격을 좁혀, 배터리 팩의 부피를 줄일 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 카트리지(120)는, 내측면에서 내부 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 돌출부에는 2개의 이차 전지(110)가 모두 접착 고정될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 상기 카트리지(120)는, 하부 단위 프레임의 상부면 중앙 부분에서 상부 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부(P)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 돌출부(P)는, 인접하는 2개의 이차 전지(110) 사이, 특히 2개의 이차 전지(110)의 실링부 사이에 개재될 수 있다. 특히, 상기 돌출부(P)에는, 접착제(B)에 의해 인접하는 2개의 이차 전지(110)가 접착 고정될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 상기 카트리지(120)는, 상부 단위 프레임의 하부면 중앙 부분에서 하부 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부(P)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 돌출부(P)는 인접하는 2개의 이차 전지(110)의 실링부(S) 사이에 개재되어, 2개의 이차 전지(110)의 외주부와 접착 고정될 수 있다.
특히, 상기 돌출부는, 내측 방향, 즉 배터리 팩의 중심 방향으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(120)의 하부 단위 프레임에 형성된 돌출부는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부가 대략 삼각형 모양으로 형성되어, 상부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 그리고, 이때, 돌출부의 상단에는 2개의 경사면(E)이 좌우 방향으로 각각 형성되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 돌출부는, 지면과 평행한 부분이 없도록 구성될 수 있다. 또한, 카트리지(120)의 상부 단위 프레임에 형성된 돌출부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부가 대략 역삼각형 모양으로 형성되어, 하부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 그리고, 이때, 돌출부의 하단에는 2개의 경사면(E)이 좌우 방향으로 각각 형성되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지(110)와 카트리지(120)가 보다 밀착된 상태로 결합되도록 할 수 있다. 예를 들어, 카트리지(120)의 상부에 이차 전지(110)를 안착시킬 때, 이차 전지(110)는 카트리지(120)에 형성된 돌출부의 경사면을 따라 아래 방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 이로 인해, 이차 전지(110)는 카트리지(120)에 최대한 가까워지게 구성될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이의 거리를 줄여 냉각 성능을 향상시키고, 접착제의 사용량을 줄이면서도 강한 결합력을 얻을 수 있다.
특히, 상기 돌출부의 단부에 형성된 경사면은 평평한 형태로 형성될 수 있다. 즉, 돌출부의 경사면은 곡면 형태가 아닌 평면 형태로 형성됨으로써, 이차 전지(110)가 카트리지(120)의 돌출부 경사면을 따라 최대한 하부 또는 상부 방향으로 이동되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(110)가 최대한 카트리지(120)에 밀착되도록 구성되어 냉각 성능을 높이고, 모듈 어셈블리(100)의 부피를 줄일 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 이차 전지(110)는, 실링부가 폴딩되어 카트리지(120)에 접착 고정되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이차 전지(110)의 하부 실링부(S)는, 적어도 1회 이상 상부 방향, 즉 전극 조립체의 수납 공간 측으로 폴딩될 수 있다. 그리고, 이 경우, 폴딩된 하부 실링부(S)와 카트리지(120)의 하부 단위 프레임 사이는, 접착제(B)를 통해 접착 고정될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이차 전지(110)의 상부 실링부(S)는, 적어도 1회 이상 하부 방향으로 폴딩될 수 있다. 그리고, 이 경우, 폴딩된 상부 실링부(S)와 카트리지(120)의 상부 단위 프레임 사이는, 접착제(B)를 통해 접착 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 실링부가 차지하는 공간을 줄임으로써 배터리 팩의 소형화를 이루는데 보다 용이할 수 있다. 그리고, 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이의 거리가 좁아져 이차 전지(110)로부터 카트리지(120)로의 열 전달 효율이 높아질 수 있다. 특히, 폴딩된 실링부(S)의 내측 및/또는 외측에는 접착제(B)가 위치하고 공기층은 제거될 수 있으므로, 실링부(S)의 폴딩된 부분을 통해서도 이차 전지(110) 내부의 열이 카트리지(120)로 용이하게 전달될 수 있다.
또한, 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이를 접착 고정시키는 접착제(B)는, 열전도성 접착제일 수 있다.
이러한 열전도성 접착제의 경우, 일반적인 접착제에 비해, 열전도율이 높기 때문에, 이차 전지(110)와 카트리지(120) 사이에서 열 전달량 및 열 전달속도 등을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 카트리지(120)를 통한 이차 전지(110)의 열 배출 성능을 보다 향상시켜, 배터리 팩의 냉각 성능이 개선될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 팩 케이스(200)는, 외측 표면에 요철부가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에서 D로 표시된 바와 같이, 하부 케이스(220)는, 하부 표면에 볼록부와 오목부가 교대로 위치하여 형성된 요철부를 구비할 수 있다. 또한, 도 2 및 도 4에서 D로 표시된 바와 같이, 상부 케이스(210)는, 상부 표면에 볼록부와 오목부가 교대로 위치함으로써 요철부가 형성되도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(200)의 외측 표면에 형성된 요철부(D)로 인해 팩 케이스(200)의 외부 표면적이 넓어짐으로써 열 배출 성능이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 어셈블리(100)의 상부면 및/또는 하부면이 팩 케이스(200)의 내측면에 접촉되어 모듈 어셈블리(100) 측의 열이 팩 케이스(200)를 통해 상부 방향 또는 하부 방향으로 전도되어 배출될 수 있다. 따라서, 팩 케이스(200)의 상부 외측 표면 및 하부 외측 표면에 요철부(D)가 형성되도록 하는 경우, 이러한 열 배출 구성이 보다 원활하게 달성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 써멀 패드(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 써멀 패드(300)는, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 모듈 어셈블리(100)와 팩 케이스(200) 사이에 개재될 수 있다. 그리고, 이러한 써멀 패드(300)는, 열전도성 재질로 구성되어, 모듈 어셈블리(100)와 팩 케이스(200) 사이에서 열을 전달할 수 있다.
예를 들어, 상기 써멀 패드(300)는, 모듈 어셈블리(100)의 하부면과 하부 케이스(220)의 상부면 사이에 개재되어, 모듈 어셈블리(100) 측의 열을 하부 케이스(220) 측으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 써멀 패드(300)는, 모듈 어셈블리(100)의 상부면과 상부 케이스(210)의 하부면 사이에 개재되어, 모듈 어셈블리(100) 측의 열을 상부 케이스(210) 측으로 전달할 수 있다.
특히, 상기 써멀 패드(300)는, 접착제를 통해 모듈 어셈블리(100) 및/또는 팩 케이스(200)와 접촉 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 팩 케이스(200) 내부에서 써멀 패드(300) 및/또는 팩 케이스(200)의 유동을 방지하는 한편, 써멀 패드(300)와 모듈 어셈블리(100) 및/또는 써멀 패드(300)와 팩 케이스(200) 사이의 공기층을 제거하거나 감소시켜 상호 간 열전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 써멀 패드(300)는, 탄성체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 써멀 패드(300)는, 전체적으로 탄성 재질로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 써멀 패드(300)와 모듈 어셈블리(100) 및/또는 써멀 패드(300)와 팩 케이스(200) 사이의 밀착성을 향상시켜 이들 사이의 열전달 효율이 높아지도록 할 수 있다. 또한, 배터리 팩에 충격이 가해지는 경우, 써멀 패드(300)가 충격을 흡수하여 모듈 어셈블리(100)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 구성 이외에도 다른 여러 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 등과 같은 전장품을 포함할 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소이다. 또한, 전류센서는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서, 릴레이 및 퓨즈는 BMS와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS에 의해 제어될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 모듈 어셈블리(100)의 충방전 전원을 전달하기 위한 버스바나 전기적 신호를 전달하기 위한 케이블 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 전기 자동차와 같이 배터리로부터 구동력을 얻는 자동차의 경우, 배터리 팩의 냉각 성능, 경량화 및 소형화 등은 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 따라서, 이러한 자동차에 본 발명에 따른 배터리 팩이 적용되는 경우, 효과적인 냉각 성능으로 안정적이고 안전하며, 작고 가벼운 배터리 팩이 제공될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (16)

  1. 복수의 이차 전지, 및 상호 적층 가능하며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸고 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지를 구비하는 모듈 어셈블리; 및
    내부에 빈 공간을 구비하여 상기 모듈 어셈블리를 수용하고, 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성되어 상기 모듈 어셈블리의 열을 외부로 배출시키는 팩 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 금속 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 알루미늄 다이캐스팅인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 어셈블리는, 상부 및 하부가 상기 팩 케이스의 내측면에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지 및 상기 카트리지는 상하 방향으로 세워진 형태로 수평 방향으로 복수 개 배열되어 적층된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하거나, 또는 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 적어도 일부분이 상기 카트리지와 접착제에 의해 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카트리지는 사각 링 형태로 형성되어 내부 공간에 상기 이차 전지를 수용하고, 상기 이차 전지의 외주부 중 적어도 일부가 상기 카트리지의 내측 표면에 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 카트리지는, 2개의 서로 다른 이차 전지가 1개의 카트리지에 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 카트리지는, 내측면에서 내부 방향으로 돌출되게 형성되어 2개의 이차 전지 사이로 개재된 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부에 2개의 이차 전지가 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부는 내측 방향으로 갈수록 폭이 좁아지게 경사면이 좌우 방향으로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 실링부가 폴딩된 상태로 상기 카트리지에 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 접착제는, 열전도성 접착제인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 어셈블리와 상기 팩 케이스 사이에 개재된 써멀 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 외측 표면에 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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