WO2017204458A1 - 전지 팩 - Google Patents

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WO2017204458A1
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack.
  • Secondary batteries unlike primary batteries that cannot be charged, are batteries that can be charged and discharged. In the case of low-capacity batteries in which one battery cell is packed in a pack form, secondary batteries are used in portable electronic devices such as mobile phones and camcorders. Large capacity batteries in the unit of dozens of battery packs are widely used as power sources for driving motors of hybrid vehicles.
  • Such secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical, square and pouch types, and an electrode assembly and an electrolyte formed between a positive and negative plates through a separator, which is an insulator, are embedded in a case. It is configured by installing a cap plate in the case. Of course, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the electrode assembly, which is exposed and protruded to the outside through the cap plate.
  • the present invention can easily release the heat in the module by including a heat dissipation member extending from the inside of the module to the outside, and further comprising a duct and a cooling fan to maximize the cooling effect of the module Provide a battery pack.
  • the battery pack according to the present invention includes at least one module including a plurality of unit cells, a plurality of spacers interposed between the unit cells, and a module case accommodating the unit cells and the spacers; A plurality of heat radiation members inserted into the module and extending from the inside to the outside of the module; A duct comprising an opening and installed on one surface of the module; And a cooling fan connected to the opening of the duct.
  • the heat dissipation member may include: a heat dissipation plate including an insertion plate inserted into the module and interposed between the unit cell and the spacer, and an extension plate bent from the insertion plate and extending outward of the module; And it may include a heat dissipation pad attached to the insertion plate.
  • the insertion plate may be spaced apart from the unit cell and may directly contact the spacer.
  • the heat dissipation pad may be interposed between the unit cell and the insertion plate.
  • the spacer may include a plurality of heat dissipation holes formed along a boundary between the plurality of unit cells.
  • the module case may include a pair of side plates covering a pair of surfaces facing each other of the unit cell, and the side plates may be provided with a plurality of heat dissipation holes corresponding to the heat dissipation holes of the spacer.
  • the heat dissipation member may be inserted into the module through heat dissipation holes of the spacer and the side plate.
  • the duct may be positioned adjacent to one of the pair of side plates.
  • the heat dissipation member may be inserted into the module through a heat dissipation hole of the side plate located opposite the duct.
  • the duct may include a plurality of heat dissipation holes corresponding to the heat dissipation holes of the side plate.
  • the heat dissipation member may be inserted into the module through a heat dissipation hole of the side plate adjacent to the duct.
  • one heat dissipation hole corresponding to the plurality of heat dissipation members may be formed on one surface of the duct adjacent to the side plate.
  • cooling fan may be made of any one selected from a blow type and a suction type.
  • the heat dissipation of the conduction method by the heat dissipation member extending from the inside to the outside of the module and the heat dissipation of the convection method by the duct and the cooling fan are simultaneously performed to maximize the cooling effect of the module.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a combination of a module and a duct of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a module of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a module of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a unit cell of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of the duct of the battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a combination of a unit cell, a spacer, and a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front view for explaining the coupling of the module and the heat dissipation member of the battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view illustrating a coupling region of a module and a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of one module omitted from FIG. 11.
  • FIG. 12 is a perspective view of one module omitted from FIG. 11.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a temperature distribution of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • FIGS. 1 to 10 a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
  • 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view illustrating a combination of a module and a duct of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view of a module of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is an exploded perspective view of a module of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view of a unit cell of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a perspective view of the duct of the battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 includes a module 200, a heat dissipation member 300, a duct 400, and a coupling member 500.
  • the module 200 may be configured to include two, but this is not limiting the present invention.
  • the module 200 includes a plurality of unit cells 100, a spacer 210 interposed between the unit cells, a module case 220 in which the unit cell 100 and the spacer 210 are accommodated, and the module case. End plate 230 is coupled to one end of the.
  • the unit cell 100 includes an electrode assembly 110, a first terminal 120, a second terminal 130, a case 140, and a cap assembly 150.
  • the electrode assembly 110 is formed by stacking or overlapping a stack of the first electrode plate 111, the separator 113, and the second electrode plate 112 formed in a thin plate shape or a film shape.
  • the first electrode plate 111 may serve as a cathode
  • the second electrode plate 112 may serve as a cathode.
  • the opposite is also possible.
  • the first electrode plate 111 is formed by coating a first electrode active material such as graphite or carbon on a first electrode current collector formed of a metal foil such as copper, a copper alloy, nickel, or a nickel alloy.
  • the first electrode plate 111 includes a first electrode active material layer 111a which is a region where the first electrode active material is coated and a first electrode uncoated portion which is an area where the first electrode active material is not coated.
  • the first electrode uncoated portion serves as a passage for current flow between the first electrode plate 111 and the outside of the first electrode plate.
  • the material of the first electrode plate 111 is not limited.
  • the second electrode plate 112 is formed by applying a second electrode active material such as a transition metal oxide to a second electrode current collector formed of a metal foil such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the second electrode plate 112 includes a second electrode active material layer (not shown), which is a region to which the second electrode active material is coated, and a second electrode uncoated portion, which is a region to which the second electrode active material is not coated.
  • the second electrode uncoated portion serves as a passage for current flow between the second electrode plate 112 and the outside of the second electrode plate.
  • the material of the second electrode plate 112 is not limited.
  • the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 as described above may be arranged with different polarities.
  • the separator 113 is positioned between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 to prevent shorting and to allow the movement of lithium ions.
  • the separator 113 is formed of polyethylene, polypropylene, or polyethylene. It may consist of a composite film of polypropylene. In the present invention, the material of the separator 113 is not limited.
  • the electrode assembly 110 is accommodated in the case 140 substantially together with the electrolyte.
  • the electrolyte solution may be formed of a mixture of lithium salts dissolved in an organic solvent.
  • the electrolyte may be liquid, solid or gel.
  • the first electrode tab 111b and the second electrode tab 112b may be connected to at least one portion of the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112. More specifically, the first electrode tab 111b is interposed between the electrode assembly 110 and the first terminal 120, and the second electrode tab 112b is disposed between the electrode assembly 110 and the second terminal. Interposed between 130. Throughout this specification, the first electrode tab 111b and the second electrode tab 112b may be collectively referred to as the electrode tabs 111b and 112b.
  • the first electrode tab 111b may be configured as a structure in which the first uncoated portion itself, on which the first active material is not coated, protrudes from the first electrode plate 111 of the electrode assembly 110.
  • the first electrode tab 111b may be formed by overlapping the first uncoated portion of the electrode assembly 110 wound or stacked without a separate member.
  • the first electrode tab 111b may be formed through a separate member connected to the first uncoated portion.
  • the second electrode tab 112b also protrudes from the second uncoated portion itself of the second electrode plate 112 of the electrode assembly 110 to which the second active material is not coated. Or a separate member connected to the second uncoated portion.
  • the first electrode tab 111b extends from an upper end of the electrode assembly 110 toward a lower end of the first terminal 120, which will be described later, and the second electrode tab 112b of the electrode assembly 110. It extends from the top toward the bottom of the second terminal 130 to be described later.
  • Each of the first electrode tab 111b and the second electrode tab 112b is directly electrically connected or welded to the first terminal 120 and the second terminal 130.
  • the first terminal 120 is electrically connected to the first electrode plate 111, and includes a first terminal pillar 121 and a first terminal plate 122.
  • the first terminal pillar 121 protrudes and extends a predetermined length upward through the cap plate 151 to be described later.
  • the first terminal pillar 121 is electrically connected to the first electrode tab 111b at the lower portion of the cap plate 151.
  • the first terminal pillar 121 includes a flange 121a formed so that the first terminal pillar 121 is not removed from the cap plate 151 at the lower portion of the cap plate 151.
  • the first electrode tab 111b is electrically connected or welded to the flange 121a. Meanwhile, the first terminal pillar 121 is electrically insulated from the cap plate 151.
  • the first terminal plate 122 includes a hole (not shown) in the center thereof.
  • the first terminal pillar 121 is coupled and welded to the hole. That is, the boundary regions of the first terminal pillar 121 and the first terminal plate 122 exposed upward are welded to each other. For example, by providing a laser beam to the boundary region of the first terminal pillar 121 and the first terminal plate 122 exposed upward, the boundary regions are melted and cooled to be welded to each other.
  • the second terminal 130 is electrically connected to the second electrode plate 112, and includes a second terminal pillar 131 and a second terminal plate 132.
  • the second terminal pillar 131 penetrates and extends a predetermined length upward through the cap plate 151 which will be described later.
  • the second terminal pillar 131 is electrically connected to the second electrode tab 112b at the lower portion of the cap plate 151.
  • the second terminal pillar 131 includes a flange 131a formed under the cap plate 151 so that the second terminal pillar 131 does not come out of the cap plate 151.
  • the second electrode tab 112b is electrically connected or welded to the flange 131a.
  • the second terminal pillar 131 is electrically insulated from the cap plate 151.
  • the second terminal pillar 131 may be electrically connected to the cap plate 151.
  • the second terminal plate 132 includes a hole (not shown).
  • the second terminal pillar 131 is coupled and welded to the hole. That is, the boundary regions of the second terminal pillar 131 and the second terminal plate 132 exposed upward are welded to each other.
  • a laser beam is provided in the boundary region of the second terminal pillar 131 and the second terminal plate 132 exposed upward, so that the boundary regions are melted and cooled and welded to each other.
  • the case 140 is formed of a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or nickel plated steel, and the electrode assembly 110, the first terminal 120, and the second terminal 130 may be inserted and seated therein.
  • the opening is formed in a substantially hexahedral shape. That is, the case 140 includes two pairs of side parts facing each other and spaced apart from each other by a predetermined distance, and a bottom part formed perpendicularly to the lower parts of the two pairs of side parts.
  • the inner surface of the case 140 may be insulated to be insulated from the electrode assembly 110, the first terminal 120, the second terminal 130, and the cap assembly 150.
  • the cap assembly 150 is coupled to the case 140. That is, the cap assembly 150 seals the opening of the case 140.
  • the cap assembly 150 specifically includes a cap plate 151, a gasket 152c, a stopper 153, a safety vent 154, an upper insulating member 152a, and a lower insulating member 152b.
  • the cap plate 151 seals the opening of the case 140 and may be formed of the same material as the case 140.
  • the cap plate 151 may be coupled to the case 140 by laser welding.
  • the cap plate 151 may have the same polarity as the second terminal 130 as described above, the cap plate 151 and the case 140 may have the same polarity.
  • the stopper 153 seals the electrolyte injection hole 151a of the cap plate 151.
  • the safety vent 154 is formed to correspond to the vent hole 151b of the cap plate 151.
  • the safety vent 154 may be formed to have a thickness thinner than other areas of the cap plate 151 and may be formed by covering the vent hole 151b of the cap plate 151.
  • the safety vent 154 may be opened earlier than other regions of the cap plate 151 at a set pressure to prevent explosion of the battery.
  • the notch 154a may be formed on one surface of the safety vent 154 so as to be easily opened at the set pressure.
  • the cap plate 151 may be processed to have a thickness thinner than that of other areas to integrally form the safety vent 154. It is also possible.
  • the gasket 152c is formed of an insulating material between each of the first terminal pillar 121 and the second terminal pillar 131 and the cap plate 151 to form the first terminal pillar 121 and the second terminal pillar. 131 is sealed between each cap plate 151.
  • the gasket 152c prevents external moisture from penetrating into the unit cell 100 or prevents an electrolyte solution contained in the unit cell 100 from flowing out.
  • the upper insulating member 152a is formed between each of the first terminal pillar 121 and the second terminal pillar 131 and the cap plate 151. In addition, the upper insulating member 152a is in close contact with the cap plate 151. In addition, the upper insulating member 152a may be in close contact with the gasket 152c. The upper insulating member 152a insulates the first terminal pillar 121 and the second terminal pillar 131 from the cap plate 151.
  • the lower insulating member 152b is formed between each of the first electrode tab 111b and the second electrode tab 112b and the cap plate 151 to prevent the occurrence of unnecessary short circuit. That is, the lower insulating member 152b prevents a short circuit between the first electrode tab 111b and the cap plate 151 and a short circuit between the second electrode tab 112b and the cap plate 151.
  • the cap plate 151 has the same polarity as the second terminal 130, the gasket 152c between the second terminal 130 and the cap plate 151, the upper insulating member ( 152a and the lower insulating member 152b may be omitted.
  • a plurality of unit cells 100 are arranged in a row.
  • the first terminal 120 or the second terminal 130 of the unit cell 100 may be connected to the first terminal or the second terminal 120, 130 of the adjacent unit cell 100 to be connected in series or in parallel with each other. Can be.
  • the connection of the first and second terminals 120 and 130 may be made by a bus bar.
  • the spacer 210 is interposed between the plurality of unit cells 100.
  • the spacer 210 electrically insulates adjacent unit cells 100 from each other. That is, the case 140 of the unit cell 100 may be formed to have polarity, and electrical interference between adjacent unit cells 100 may be blocked by using the spacer 210 of an insulating material.
  • the spacer 210 may be disposed on an outer surface of the unit cell 100 positioned at the outermost side. That is, the spacer 210 may be disposed between the end plate 230 and the unit cell 100 to be described later. Therefore, the unit cell 100 and the end plate 230 are electrically insulated by the spacer 210.
  • the spacer 210 serves to suppress swelling of the unit cell 100. That is, the case 140 of the unit cell 100 may be formed of a deformable metal material so that thermal expansion may occur during use. In this case, the spacer 210 may be formed using a material having a low deformation such as a polymer, thereby suppressing swelling of the unit cell 100.
  • the spacer 210 includes a plurality of heat dissipation holes 210a formed along boundary regions between the unit cells 100. That is, the heat dissipation hole 210a may be provided in plural on four side surfaces formed along an outer periphery with respect to a surface where the spacer 210 contacts between the unit cells 100. In addition, a plurality of heat dissipation holes 210a may be formed on each side surface of the spacer 210. That is, the heat dissipation hole 210a is provided in plurality so as to be spaced apart from each other at each side of the spacer 210.
  • Heat generated in the unit cell 100 is discharged to the outside of the module 200 through the heat dissipation hole 210a.
  • the heat dissipation hole 210a may serve as a passage through which the heat dissipation member 300 to be described later is inserted. This will be described later in more detail.
  • the module case 220 accommodates the plurality of unit cells 100 and the spacers 210.
  • the module case 220 may include a pair of side plates 221 facing each other.
  • the side plate 221 is formed on a plate to cover side surfaces of the plurality of unit cells 100. Specifically, the side plate 221 is positioned to cover the relatively short side surface of the case 140 of the unit cell 100. In addition, both ends of the side plate 221 may be coupled to the end plate 230 described below to cover the outer surface of the unit cell 100 or the spacer 210 located at the outermost sides. That is, the module case 220 is formed to cover the side surface of the arrangement of the plurality of unit cells 100 through the side plate 221. In this case, at least one of the end plates 230 may be integrally formed with respect to the side plate 221.
  • a plurality of heat dissipation holes 221a may be formed in the side plate 221.
  • the heat dissipation hole 221a may be formed at a position corresponding to the spacer 210.
  • one heat dissipation hole 221a of the side plate 221 corresponds to the plurality of heat dissipation holes 210a positioned on the side of one spacer 210. Therefore, heat discharged from the plurality of unit cells 100 may be discharged to the outside through the heat dissipation hole 210a of the spacer 210 and the heat dissipation hole 221a of the side plate 221.
  • the heat dissipation hole 221a may serve as a passage through which the heat dissipation member 300 to be described later is inserted.
  • An open end of the module case 220 is coupled with a plate-shaped end plate 230.
  • the end plates 230 are provided in pairs to cover the outer surface of the unit cell 100 or the spacer 210 positioned at the outermost end at each end.
  • the end plate 230 may be coupled to the module case 220 by a mechanical coupling method such as bolt coupling or hook coupling.
  • the plurality of unit cells 100 and the spacers 210 are seated inside the module case 220 through the open ends of the module case 220. Then, the end plate 230 is assembled to both open ends.
  • the module 200 may be formed by coupling the cover 240 to the upper portions of the plurality of unit cells 100.
  • the heat dissipation member 300 is inserted between the spacer 210 and the unit cell 100 through the heat dissipation hole 221a of the side plate 221 and the heat dissipation hole 210a of the spacer 210.
  • one end of the heat dissipation member 300 extends to the side of the module 200 and is exposed to the outside of the module 200. The heat dissipation member 300 will be described later in more detail.
  • the duct 400 is formed to be adjacent to the side plate 221 of the module 200.
  • the duct 400 is formed to be disposed between the two modules 200. More specifically, the duct 400 is disposed such that both sides thereof face the side plate 221 of the module 200.
  • the duct 400 includes an opening 410 open at one end, and the other end facing the opening is closed.
  • the duct 400 may have a passage 420 formed therein to allow air to flow in or out.
  • a plurality of heat dissipation holes 430 are formed on both sides of the duct 400, that is, the surface facing the module 200.
  • the heat dissipation hole 430 is formed at a position corresponding to the heat dissipation hole 221a of the side plate 221. Therefore, the heat generated from the module 200 is the heat dissipation hole 210a of the spacer 210, the heat dissipation hole 221a of the side plate 221, the heat dissipation hole 430 of the duct 400 and the passage 420. It may pass through and be released through the opening 410. Alternatively, air flowing through the opening 410 may pass through the passage 420 and the heat dissipation holes 430, 221a, and 210a into the module 200, thereby cooling the unit cell 100.
  • the coupling member 500 is coupled to an area corresponding to the end plate 230 of the module 200. More preferably, the coupling member 500 may be coupled to a position corresponding to the opening 410 of the duct 400.
  • a cooling fan 510 is formed in an area corresponding to the opening 410 of the coupling member 500. Therefore, air may flow into or out of the duct 400 by the operation of the cooling fan 510. More specifically, the cooling fan 510 may be a blow type or a suction type.
  • the outside air flows into the passage 420 of the duct 400 by the operation of the cooling fan 510.
  • air is introduced into the module 200 through the heat dissipation hole 430 of the duct 400 to cool the unit cell 100.
  • the heat absorbed air is discharged to the outside through the heat dissipation hole 221a of the module 200 opposite to the duct 400 to perform a heat dissipation operation of the module 200.
  • the hot air in the module 200 is sucked into the passage 420 of the duct 400 by the operation of the cooling fan 510.
  • the hot air may be formed by absorbing heat in the module 200 by the external air introduced into the module 200 through the heat dissipation hole 221a opposite to the duct 400. That is, the duct 400 sucks air in the module 200 through the heat dissipation hole 430 to cool the unit cell 100.
  • the air may be discharged to the outside through the opening 410 of the duct 400 to perform a heat radiation operation of the module 200.
  • the coupling member 500 may include an external terminal for connecting the battery pack 10 to an external device or a protection circuit module for controlling charging and discharging of the battery pack 10. It may be.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 8 is a perspective view illustrating a combination of a unit cell, a spacer, and a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 9 is a front view for explaining the coupling of the module and the heat dissipation member of the battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a side view illustrating a coupling region of a module and a heat dissipation member of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation member 300 may include a heat dissipation plate 310 and a heat dissipation pad 320.
  • the heat sink 310 extends from the inside of the module 200 to the outside to absorb and transfer heat generated from the unit cell 100 to release the heat to the outside.
  • the heat sink 310 is preferably made of a good thermal conductivity material such as aluminum or copper.
  • the heat sink 310 includes an insertion plate 311 inserted into the module 200 and an extension plate 312 extending from the insertion plate 311 to the outside of the module 200. That is, the heat in the module 200 is absorbed through the insertion plate 311, and the heat may be transferred to and discharged from the extension plate 312 located at the outside, thereby cooling the module 200.
  • the insertion plate 311 is inserted into the module 200 and is interposed between the unit cell 100 and the spacer 210. More specifically, the insertion plate 311 is inserted through the heat dissipation hole 221a of the side plate 221 and the heat dissipation hole 210a of the spacer 210. Here, the insertion plate 311 is inserted through the side plate 221 located opposite the duct 400.
  • the insertion plate 311 is formed to extend along a relatively long side surface portion of two pairs of side portions of the unit cell 100.
  • the insertion plate 311 may be provided with a pair to be spaced apart from each other. That is, two insertion plates 311 may be provided and disposed one at an upper side and a lower side of the long side surface portion. Accordingly, heat generated in the unit cell 100 may be evenly absorbed and transferred through the insertion plate 311 and released to the outside.
  • the structure of the insertion plate 311 is not limited to this, and various forms may be applied in some cases.
  • the insertion plate 311 is inserted into one of the insertion holes 210a positioned at the side of the spacer 210.
  • a pair of insertion plates 311 are formed to be inserted into each of the insertion holes 210a spaced from each other. Therefore, the heat dissipation member 300 may be seated and coupled to the module 200 without a separate fixing member.
  • the insertion plate 311 is spaced apart from the unit cell 100 to maintain electrical neutrality. That is, since the heat sink 310 is formed of a metal material such as aluminum, copper, etc., the heat sink 310 is preferably positioned so as not to contact the case 140 of the unit cell 100 having polarity. Specifically, the insertion plate 311 is in contact with the unit cell 100 with the heat dissipation pad 320 to be described later interposed therebetween. Therefore, the insertion plate 311 is inserted through the heat dissipation hole 210a to be in direct contact with the spacer 210.
  • the extension plate 312 extends from the insertion plate 311 to the outside of the module 200. More specifically, the extension plate 312 is bent approximately vertically from the insertion plate 311 and extend along the side of the module 200. That is, the extension plate 312 is formed along the side plate 221. At this time, one extension plate 312 is formed so that its width is not greater than the width between the heat dissipation holes 221a of the side plate 221 so as not to interfere with the extension plate 312 of the adjacent heat sink 310.
  • the extension plate 312 extends from the insertion plate 311 in the module 200 to be located outside the module 200, thereby easily transferring heat absorbed by the insertion plate 311 to the outside of the module 200. have.
  • the extension plate 312 may be naturally cooled by external air at the outside of the module 200, so that the heat radiating operation of the module 200 may be performed.
  • the heat dissipation pad 320 is formed in the same shape as the insertion plate 311 of the heat dissipation plate 310.
  • the heat dissipation pad 320 is attached to the extension plate 312 and is in direct contact with the unit cell 100. That is, the heat dissipation pad 320 is interposed between the unit cell 100 and the insertion plate 311 to insulate the two.
  • the heat dissipation pad 320 may serve to increase the adhesion between the heat dissipation plate 310 and the unit cell 100.
  • the heat dissipation pad 320 serves to easily transfer the heat of the unit cell 100 to the insertion plate 311.
  • the heat dissipation pad 320 may be formed of a material such as silicon or acrylic, but this does not limit the present invention.
  • the heat sink 310 is illustrated to be positioned outside the spacer 210 in order to show the arrangement structure of the unit cell 100, the spacer 210, and the heat sink 310. ) Is inserted into and positioned in the heat dissipation hole 221a of the spacer 210.
  • the heat dissipation member 300 is inserted into the module 200 through the heat dissipation holes 221a and 210a, as shown in FIG. 10, the heat dissipation member 300 is formed with the outside of the heat dissipation holes 221a and 210a. Air passages will also be present. Therefore, not only heat dissipation through conduction by the heat dissipation member 300 but also heat dissipation due to convection by the heat dissipation holes 221a and 210a may be simultaneously performed.
  • the heat dissipation member 300 may be provided in plurality between the unit cells 100, the insertion plate 311 and the heat dissipation pad 320 formed on each of the heat dissipation member 300 are all
  • the heat radiation member 300 may not be at the same position. That is, the positions of the insertion plate 311 and the heat dissipation pad 320 may be formed differently in the plurality of heat dissipation members 300 arranged.
  • the insertion plate 311 and the heat dissipation pad 320 are provided in a relatively large number and are uniformly arranged in the vertical direction.
  • the insertion plate 311 and the heat dissipation pad 320 are provided in a relatively small number so that the heat dissipation member 300 may be arranged to be densely centered in the upper and lower sides. have. Through this configuration, it is possible to control the flow rate and pressure of the air moved through the duct 400 can be more efficient heat dissipation.
  • FIGS. 1 to 10 a heat dissipation operation of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention will be described below.
  • a duct 400 is interposed between two modules 200.
  • the heat dissipation member 300 is inserted into the side plate 221 positioned opposite to the duct 400 of the module 200. That is, the heat dissipation member 300 is inserted into and installed in the heat dissipation holes 210a and 221a of the spacer 210 and the side plate 221 opposite to the duct 400 of the module 200.
  • the heat dissipation member 300 may be located between the unit cell 100 and the spacer 210.
  • the heat dissipation member 300 includes a heat sink 310 and an insertion plate 311 including an insertion plate 311 positioned inside the module 200 and an extension plate 312 positioned outside the module 200. It includes a heat radiation pad 320 to be attached.
  • the insertion plate 311 may be in contact with the spacer 210 and the heat dissipation pad 320 may be in contact with the unit cell 100. Therefore, heat generated in the unit cell 100 is transferred to the outside of the module 200 in a conductive manner along the heat radiation pad 320, the insertion plate 311, and the extension plate 312.
  • the extension plate 312 may perform a heat dissipation operation of the module 200 through cooling by outside air at the outside of the module 200.
  • a cooling fan 510 is installed in the opening 410 of the duct 400.
  • the cooling fan 510 may be a blow type or a suction type.
  • the air introduced into the duct 400 passes through the module 200, absorbs heat, and is released to the outside, thereby cooling.
  • cooling may be performed by the hot air absorbed by the heat present in the module 200 being sucked into the duct 400 and discharged to the outside through the opening 410.
  • the heat dissipation member 300 is located outside the module 200 opposite the duct 400, the heat dissipation effect is more maximized when the cooling fan 510 is blow type. Can be. That is, the heat transfer path of the heat dissipation member 300 and the blow-type air discharge path both face the side plate 221 located opposite the duct 400, so that heat dissipation in the module 200 can be more easily achieved. have.
  • the battery pack 10 includes a heat dissipation member 300 extending from the inside of the module 200 to the outside, so that heat in the module 200 is easily discharged to the outside. Can be.
  • a heat dissipation member 300 extending from the inside of the module 200 to the outside, so that heat in the module 200 is easily discharged to the outside. Can be.
  • the heat dissipation of the conduction method by the heat dissipation member 300 and the convection heat dissipation by the duct 400 and the cooling fan 510 are simultaneously performed. The heat dissipation performance can be maximized.
  • FIG. 11 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of one module omitted from FIG. 11.
  • FIG. Since the battery pack according to another embodiment of the present invention is the same as the previous embodiment except for the installation position of the heat dissipation member 600 and the structure of the duct 700, the configuration will be mainly described.
  • the battery pack 20 includes two modules 200 and a duct 700 therebetween.
  • the module 200 is provided with a plurality of heat dissipation members 600 to face the duct 700.
  • the heat dissipation member 600 is installed in the side plate 221 adjacent to the duct 700 of the module 200 (see FIG. 4). That is, in the above embodiment, the heat dissipation member 300 is installed on the side plate opposite the duct 700, but in the present embodiment, the heat dissipation member 600 is installed to face the duct 700.
  • the heat dissipation member 600 is formed to extend from the inside of the module 200 to the outer surface. Therefore, the heat dissipation member 600 may transfer heat inside the module 200 to the outside of the module 200. Since the structure and coupling form of the heat dissipation member 600 are the same as in the previous embodiment, redundant description will be omitted.
  • the duct 700 is disposed between the two modules 200. More specifically, the duct 700 is disposed such that both sides thereof face the side plate 221 of the module 200.
  • the duct 700 includes an opening 710 open at one end, and the other end facing the opening is closed.
  • the duct 700 may have a passage 720 formed therein to allow air to flow in or out.
  • Heat dissipation holes 730 are formed at both sides of the duct 700, that is, at both sides facing the module 200.
  • the heat dissipation hole 730 is formed to correspond to the plurality of heat dissipation members 600 as a whole. That is, all of the extension plates (see 312 of FIG. 7) of the heat dissipation members 600 are positioned to correspond to the heat dissipation holes 730. Therefore, the heat radiating member 600 exposed to the outside of the module 200 by the air flowing into or out of the duct 700 may be easily cooled.
  • the coupling member may be installed on the front of the battery pack 20.
  • the coupling member may be installed with a cooling fan to correspond to the opening 710 of the duct 700 as in the previous embodiment.
  • the cooling fan may be of a blow type or a suction type.
  • the battery pack 20 includes a heat dissipation member 600 extending from the inside of the module 200 to the outside, thereby easily dissipating heat in the module 200 to the outside.
  • a heat dissipation member 600 extending from the inside of the module 200 to the outside, thereby easily dissipating heat in the module 200 to the outside.
  • the heat dissipation member 600 is positioned to correspond to the heat dissipation hole 730 of the duct 700. Therefore, cooling of the heat dissipation member 600 may be more effectively performed by air flowing into or out of the duct 700.
  • the module 200 may be cooled and cooled together with the heat dissipation member positioned inside the duct through the air sucked into the duct, thereby achieving a more effective heat dissipation operation.
  • Table 1 below shows the conditions of the cooling fan and the heat dissipation member applied to the battery packs 1 to 4.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a temperature distribution of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the left side of FIG. 13 shows the temperature distribution of the battery pack 1, and the right side shows the temperature distribution of the battery pack 2.
  • the temperature of the battery pack 2 is lower than the temperature of the battery pack 1 as a whole.
  • the overall temperature distribution of the unit cells constituting the module is more uniform than the battery pack 1.
  • the battery pack according to the present invention can improve the heat dissipation function more effectively by applying not only the heat dissipation member but also the duct and the cooling fan.
  • the stability of the battery pack can be improved by reducing the temperature variation between the unit cells constituting the battery pack.
  • Table 2 below is a result of comparing the heat dissipation performance according to the type of the cooling fan and the position of the heat dissipation member by measuring the average temperature of the battery pack 2 to the battery pack 4.
  • Battery pack 2 Battery pack 3 Battery pack 4 Temperature (°C) 51.3-57.5 48.6-55.4 51.0-56.5
  • the battery pack 2 to which the heat dissipation member located opposite the suction type cooling fan and the duct had a temperature of 51.3 to 57.5 ° C.
  • the battery pack 4 to which the suction type cooling fan and the heat dissipation member located in the heat dissipation hole of the duct were applied has a temperature of 51.0 to 56.5 ° C. That is, when the suction type cooling fan is applied, it can be seen that the heat dissipation performance is better when the heat dissipation member is located in the heat dissipation hole of the duct.
  • the battery pack 3 to which the heat dissipation member located on the opposite side of the blow type cooling fan and the duct had a temperature of 48.6-55.4 ° C. That is, as a result of comparing the battery pack 2 and the battery pack 3 in which the heat dissipation member is located on the opposite side of the duct, it can be seen that the blow type has better heat dissipation effect than the suction type.
  • the heat dissipation member is installed on the side plate of the module located opposite the duct, it can be seen that the heat dissipation effect is best when the blow type is applied to the cooling fan.
  • the present invention can easily release the heat in the module by including a heat dissipation member extending from the inside of the module to the outside, and further comprising a duct and a cooling fan to maximize the cooling effect of the module Provide a battery pack.

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Abstract

본 발명에서는 모듈의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재에 의한 전도 방식의 방열과 덕트 및 냉각 팬에 의한 대류 방식의 방열이 동시에 이루어짐으로써 모듈의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있는 전지 팩이 개시된다. 일 예로, 다수의 단위 전지, 상기 단위 전지 사이에 개재되는 다수의 스페이서, 및 상기 단위 전지와 스페이서를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 적어도 하나의 모듈; 상기 모듈에 삽입되며, 상기 모듈의 내부로부터 외부로 연장되는 다수의 방열 부재; 개구를 포함하고, 상기 모듈의 일면에 설치되는 덕트; 및 상기 덕트의 개구에 연결되는 냉각 팬을 포함하는 전지 팩이 개시된다.

Description

전지 팩
본 발명은 전지 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.
본 발명은 모듈의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재를 포함함으로써 모듈 내의 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있으며, 여기에 덕트 및 냉각 팬을 더 포함하도록 구성함으로써 모듈의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있는 전지 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 전지 팩은 다수의 단위 전지, 상기 단위 전지 사이에 개재되는 다수의 스페이서, 및 상기 단위 전지와 스페이서를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 적어도 하나의 모듈; 상기 모듈에 삽입되며, 상기 모듈의 내부로부터 외부로 연장되는 다수의 방열 부재; 개구를 포함하고, 상기 모듈의 일면에 설치되는 덕트; 및 상기 덕트의 개구에 연결되는 냉각 팬을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 방열 부재는, 상기 모듈 내로 삽입되어 상기 단위 전지와 스페이서 사이에 개재되는 삽입 플레이트와, 상기 삽입 플레이트로부터 절곡되어 상기 모듈의 외측으로 연장되는 연장 플레이트를 포함하는 방열판; 및 상기 삽입 플레이트에 부착되는 방열 패드를 포함할 수 있다.
그리고 상기 삽입 플레이트는 상기 단위 전지와 이격되고, 상기 스페이서와 직접 접촉할 수 있다.
또한, 상기 방열 패드는 상기 단위 전지 및 삽입 플레이트 사이에 개재될 수 있다.
또한, 상기 스페이서는 상기 다수의 단위 전지 사이의 경계를 따라 형성되는 다수의 방열 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는 상기 단위 전지의 서로 마주보는 한 쌍의 면을 덮는 한 쌍의 측면 플레이트를 포함하고, 상기 측면 플레이트에는 상기 스페이서의 방열 홀과 대응되는 다수의 방열 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열 부재는 상기 스페이서 및 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 덕트는 상기 한 쌍의 측면 플레이트 중 하나와 인접하도록 위치할 수 있다.
또한, 상기 방열 부재는 상기 덕트와 반대편에 위치한 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 덕트는 상기 측면 플레이트의 방열 홀과 대응되는 다수의 방열 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열 부재는 상기 덕트와 인접한 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 덕트 중 상기 측면 플레이트와 인접한 일면에는 상기 다수의 방열 부재와 동시에 대응되는 하나의 방열 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 팬은 블로우(blow) 타입 또는 석션(suction) 타입 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 전지 팩은 모듈의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재에 의한 전도 방식의 방열과 덕트 및 냉각 팬에 의한 대류 방식의 방열이 동시에 이루어짐으로써 모듈의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 덕트의 결합을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 단위 전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 덕트의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 방열 부재의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 단위 전지, 스페이서 및 방열 부재의 결합을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 방열 부재의 결합을 설명하기 위한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 방열 부재의 결합 영역을 도시한 측면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 12는 도 11에서 하나의 모듈을 생략하여 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 온도 분포를 도시한 도면이다.
[부호의 설명]
10; 전지 팩 100; 단위 전지
200; 모듈 210; 스페이서
210a; 방열 홀 220; 모듈 케이스
221; 측면 플레이트 221a; 방열 홀
230; 엔드 플레이트 300; 방열 부재
310; 방열판 311; 삽입 플레이트
312; 연장 플레이트 320; 방열 부재
400; 덕트 410; 개구
420; 통로 430; 방열 홀
500; 결합 부재 510; 냉각 팬
600; 방열 부재 700; 덕트
710; 개구 720; 통로
730; 방열 홀
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 덕트의 결합을 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 단위 전지의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 덕트의 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(10)은 모듈(200), 방열 부재(300), 덕트(400) 및 결합 부재(500)를 포함한다. 여기서, 도면에 도시된 것처럼 상기 모듈(200)은 2개를 포함하도록 구성될 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 모듈(200)은 다수의 단위 전지(100), 상기 단위 전지의 사이에 개재되는 스페이서(210), 상기 단위 전지(100)와 스페이서(210)가 수용되는 모듈 케이스(220) 및 상기 모듈 케이스의 일측 끝단에 결합되는 엔드 플레이트(230)를 포함한다.
상기 단위 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)은 제 1 전극 활물질이 도포된 영역인 제 1 전극 활물질층(111a) 및 제 1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 1 전극판(111)의 재질이 한정되지 않는다.
상기 제 2 전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 2 전극판(112)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 2 전극 활물질층(미도시) 및 제 2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질이 한정되지 않는다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 유기 용매에 리튬염이 용해된 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 적어도 일 개소에는 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)이 접속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 1 단자(120) 사이에 개재되고, 상기 제 2 전극탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 2 단자(130) 사이에 개재된다. 본 명세서를 통하여 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 전극탭(111b, 112b)으로 총괄적으로 호칭될 수도 있다.
상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극판(111) 중 제 1 활물질이 도포되지 않은 제 1 무지부 자체가 돌출된 구조로서 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전극탭(111b)은 별도의 부재가 없이도, 권취 또는 적층된 전극 조립체(110)에서 제 1 무지부가 겹쳐져서 형성될 수 있다. 다만, 상기 제 1 전극탭(111b)은 제 1 무지부에 접속된 별도 부재를 통해 형성되는 것도 가능하다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(112b)도 상기 제 1 전극탭(111b)과 마찬가지로 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극판(112) 중 제 2 활물질이 도포되지 않은 제 2 무지부 자체가 돌출된 구조로서 형성되거나, 또는 상기 제 2 무지부에 접속된 별도의 부재를 통해 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극 탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 1 단자(120)의 하단을 향하여 연장되며, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 2 단자(130)의 하단을 향하여 연장된다. 각각의 상기 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 상기 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)에 직접 전기적으로 접속 또는 용접된다.
고용량 고출력 배터리의 경우에는 전극 조립체(110) 자체로부터 다수의 전극탭(111b, 112b)이 연장되므로 높은 출력 전류를 얻을 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 전극 탭(111b, 112b, 무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 전극 조립체와 단자 사이의 전기적 접속 공정이 간단할 뿐만 아니라 이차 전지의 내부 저항 및 부품 개수가 감소한다. 더불어, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 권취 축과 상기 제 1, 2 단자(120, 130)가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트로 신속하게 이동하여 안전벤트가 빠르게 동작한다.
상기 제 1 단자(120)는 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결되며, 제 1 단자 기둥(121) 및 제 1 단자 플레이트(122)를 포함한다.
상기 제 1 단자 기둥(121)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 전극탭(111b)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 단자 기둥(121)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(121a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(121a)에는 상기 제 1 전극탭(111b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다.
상기 제 1 단자 플레이트(122)는 그 중앙에 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 1 단자 기둥(121)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 상기 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 제 2 단자(130)는 상기 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결되며, 제 2 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 플레이트(132)를 포함한다.
상기 제 2 단자 기둥(131)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 2 전극탭(112b)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151) 하부에서 상기 제 2 단자 기둥(131)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(131a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(131a)에는 상기 제 2 전극탭(112b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 또는, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 제 2 단자 플레이트(132)는 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 2 단자 기둥(131)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자 플레이트(132)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자플레이트(132)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 케이스(140)는 상호 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 두 쌍의 측면부와 상기 두 쌍의 측면부의 하부에 이들과 수직으로 형성된 바닥부를 포함한다. 상기 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 즉, 상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)의 개구부를 밀폐시킨다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 가스켓(152c), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(152a) 및 하부 절연부재(152b)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 상기 제 2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉한다. 또한, 상기 안전벤트(154)는 상기 캡 플레이트(151)의 벤트 홀(151b)에 대응되도록 형성된다. 상기 안전벤트(154)는 상기 캡 플레이트(151)의 타영역에 비해 얇은 두께를 갖도록 형성되고, 상기 캡 플레이트(151)의 벤트 홀(151b)을 커버함으로서 형성될 수 있다. 또한, 상기 안전벤트(154)는 설정된 압력에서 상기 캡 플레이트(151)의 타영역에 비해 먼저 개방되어 전지의 폭발을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 안전벤트(154)는 상기 설정된 압력에서 용이하게 개방될 수 있도록 그 일면에 노치(154a)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)에 별도의 벤트 홀(151b)이 구비되지 않더라도, 상기 캡 플레이트(151)를 가공하여 타영역에 비해 얇은 두께를 갖도록 하여 상기 안전벤트(154)를 일체로 형성하는 것도 가능하다.
상기 가스켓(152c)은 절연성 재질로 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 상기 가스켓(152c)은 외부의 수분이 상기 단위 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 단위 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 가스켓(152c)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b) 및 제 2 전극 탭(112b) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 상기 제 2 전극 탭(112b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.
한편, 상기 캡 플레이트(151)가 상기 제 2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 경우, 구조에 따라 상기 제 2 단자(130)와 캡 플레이트(151) 사이의 가스켓(152c), 상부 절연부재(152a) 및 하부 절연부재(152b)는 생략될 수 있다.
상기 단위 전지(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수개가 일렬로 배열된다. 이 때, 단위 전지(100)의 제 1 단자(120) 또는 제 2 단자(130)는 인접한 단위 전지(100)의 제 1 단자 또는 제 2 단자(120, 130)와 접속되어 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 이러한 제 1, 2 단자(120, 130)의 접속은 버스바에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 다수의 단위 전지(100)의 사이에는 스페이서(210)가 개재된다. 상기 스페이서(210)는 인접한 단위 전지(100)들을 서로 전기적으로 절연시킨다. 즉, 상기 단위 전지(100)의 케이스(140)는 극성을 갖도록 형성될 수 있는데, 절연성 소재의 스페이서(210)를 사용함으로써 인접한 단위 전지(100)들 간의 전기적인 간섭을 차단할 수 있다.
또한, 상기 스페이서(210)는 최외곽에 위치한 단위 전지(100)의 외면에도 배치될 수 있다. 즉, 상기 스페이서(210)는 후술할 엔드 플레이트(230)와 단위 전지(100)의 사이에도 배치될 수 있다. 따라서, 상기 단위 전지(100)와 엔드 플레이트(230)는 상기 스페이서(210)에 의해 전기적 절연 상태를 이루게 된다.
더불어, 상기 스페이서(210)는 상기 단위 전지(100)의 스웰링(swelling)을 억제하는 역할을 한다. 즉, 상기 단위 전지(100)의 케이스(140)는 변형이 가능한 금속 소재로 형성되어 사용 도중 열적 팽창이 발생할 수 있다. 이 때, 상기 스페이서(210)를 고분자와 같이 변형이 적은 소재를 이용하여 형성함으로써, 단위 전지(100)의 스웰링을 억제할 수 있다.
상기 스페이서(210)는 단위 전지(100)들 사이의 경계 영역을 따라 형성된 다수의 방열 홀(210a)을 포함한다. 즉, 상기 방열 홀(210a)은 상기 스페이서(210)가 상기 단위 전지(100)들의 사이에서 접촉되는 면에 대해 외곽 둘레를 따라 형성된 4개의 측면에 다수개로 구비될 수 있다. 또한, 상기 방열 홀(210a)은 상기 스페이서(210)의 각각의 측면 에 대해다수개로 형성될 수 있다. 즉, 상기 방열 홀(210a)은 상기 스페이서(210)의 각 측면에서 서로 이격되도록 다수 개로 구비된다.
상기 단위 전지(100)에서 발생된 열은 상기 방열 홀(210a)을 통해 모듈(200)의 외부로 방출된다. 또한, 상기 방열 홀(210a)은 후술할 방열 부재(300)가 삽입되는 통로의 역할을 할 수도 있다. 이에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 모듈 케이스(220)는 상기 다수의 단위 전지(100) 및 스페이서(210)를 수용한다. 상기 모듈 케이스(220)는 서로 마주보는 한 쌍의 측면 플레이트(221)를 포함할 수 있다.
상기 측면 플레이트(221)는 판 상으로 현성되어 상기 다수의 단위 전지(100)의 측면을 덮도록 형성된다. 구체적으로, 상기 측면 플레이트(221)는 상기 단위 전지(100)의 케이스(140) 중 상대적으로 면적이 작은 단측면을 덮도록 위치한다. 그리고 상기 측면 플레이트(221)의 양단에는 후술한 엔드 플레이트(230)가 결합되어 양측 최외곽에 위치한 단위 전지(100) 또는 스페이서(210)의 외면을 덮을 수 있다. 즉, 모듈 케이스(220)는 상기 측면 플레이트(221)를 통해 상기 다수의 단위 전지(100)의 배열의 측면을 덮도록 형성된다. 이 때, 상기 엔드 플레이트(230) 중 적어도 하나는 상기 측면 플레이트(221)에 대해 일체로 형성되는 것도 가능하다.
한편, 상기 측면 플레이트(221)에는 다수의 방열 홀(221a)이 형성될 수 있다. 상기 방열 홀(221a)은 상기 스페이서(210)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이 때, 상기 측면 플레이트(221)의 하나의 방열 홀(221a)은 하나의 스페이서(210)의 측면에 위치한 다수의 방열 홀(210a)과 대응된다. 따라서, 상기 다수의 단위 전지(100)로부터 배출된 열은 상기 스페이서(210)의 방열 홀(210a) 및 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a)을 통해 외부로 방출될 수 있다. 또한, 상기 방열 홀(221a)은 후술할 방열 부재(300)가 삽입되는 통로의 역할을 할 수도 있다.
상기 모듈 케이스(220)의 개방된 단부에는 판상의 엔드 플레이트(230)가 결합된다. 상기 엔드 플레이트(230)는 한 쌍으로 구비되어, 각 단부에서최외곽에 위치한 단위 전지(100) 또는 스페이서(210)의 외면을 덮는다. 상기 엔드 플레이트(230)는 볼트 결합 또는 후크 결합 등과 같은 기계적인 결합 방식에 의하여 상기 모듈 케이스(220)와 결합될 수 있다.
이처럼, 다수의 단위 전지(100) 및 스페이서(210)는 상기 모듈 케이스(220)의 개방된 단부를 통해 모듈 케이스(220)의 내부에 안착된다. 이후, 개방된 양단부에는 엔드 플레이트(230)가 조립된다. 그리고 상기 다수의 단위 전지(100)의 상부에 커버(240)를 결합함으로써 모듈(200)을 형성할 수 있다.
상기 방열 부재(300)는 상기 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a) 및 상기 스페이서(210)의 방열 홀(210a)을 통해 상기 스페이서(210)와 단위 전지(100)의 사이에 삽입된다. 또한, 상기 방열 부재(300)의 일 단부는 상기 모듈(200)의 측면으로 연장되어 모듈(200) 외부로 노출된다. 이러한 방열 부재(300)에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 덕트(400)는 상기 모듈(200) 중 측면 플레이트(221)와 인접하도록 형성된다. 본 발명에서는 상기 덕트(400)가 상기 2개의 모듈(200)의 사이에 배치되도록 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 덕트(400)는 양측면이 상기 모듈(200)의 측면 플레이트(221)와 마주보도록 배치된다. 상기 덕트(400)는 일단부에 개방된 개구(410)를 포함하며, 개구와 마주보는 타단부은 밀폐되어 있다. 또한, 상기 덕트(400)는 내부에 통로(420)가 형성되어 공기를 유입시키거나 유출시키는 것이 가능하다.
상기 덕트(400)의 양측면, 즉, 상기 모듈(200)과 마주보는 면에는 다수의 방열 홀(430)이 형성된다. 여기서, 상기 방열 홀(430)은 상기 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a)과 대응되는 위치에 형성된다. 따라서, 상기 모듈(200)로부터 발생된 열은 스페이서(210)의 방열 홀(210a), 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a), 덕트(400)의 방열 홀(430) 및 통로(420)를 통과하여 개구(410)를 통해 방출될 수 있다. 또는, 상기 개구(410)를 통해 유입된 공기가 통로(420) 및 방열 홀(430, 221a, 210a)을 통과하여 상기 모듈(200) 내로 유입됨으로써 단위 전지(100)의 냉각이 이루어질 수도 있다.
상기 결합 부재(500)는 상기 모듈(200)의 엔드 플레이트(230)와 대응되는 영역에 결합된다. 보다 바람직하게는, 상기 결합 부재(500)는 상기 덕트(400)의 개구(410)와 대응되는 위치에 결합될 수 있다. 또한, 상기 결합 부재(500) 중 상기 개구(410)와 대응되는 영역에는 냉각 팬(510)이 형성된다. 따라서, 상기 냉각 팬(510)의 동작에 의하여 상기 덕트(400)로 공기가 유입되거나 방출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 냉각 팬(510)은 블로우(blow) 타입 또는 석션(suction) 타입이 적용될 수 있다.
블로우 타입의 경우, 상기 냉각 팬(510)의 동작에 의하여 상기 덕트(400)의 통로(420)로 외부 공기가 유입된다. 그리고 상기 덕트(400)의 방열 홀(430)을 통해 모듈(200) 내로 공기가 유입되어 단위 전지(100)의 냉각이 이루어진다. 또한, 열을 흡수한 공기는 덕트(400)와 반대편에 위치한 모듈(200)의 방열 홀(221a)을 통해 외부로 방출되어 모듈(200)의 방열 동작이 이루어질 수 있다.
반대로, 석션 타입의 경우, 상기 냉각 팬(510)의 동작에 의하여 상기 모듈(200) 내의 뜨거운 공기가 덕트(400)의 통로(420)로 흡입된다. 여기서, 뜨거운 공기라 함은 덕트(400)와 반대편에 위치한 방열 홀(221a)을 통해 모듈(200)로 유입된 외부 공기가 모듈(200) 내의 열을 흡수함으로써 형성된 것일 수 있다. 즉, 상기 덕트(400)가 방열 홀(430)을 통해 상기 모듈(200) 내의 공기를 흡입함으로써 단위 전지(100)의 냉각이 이루어진다. 그리고 이러한 공기는 덕트(400)의 개구(410)를 통해 외부로 방출되어 모듈(200)의 방열 동작이 이루어질 수 있다.
한편, 구체적으로 도시되지는 않았지만, 상기 결합 부재(500)에는 상기 전지 팩(10)을 외부 기기와 연결하기 위한 외부 단자 또는 전지 팩(10)의 충방전을 제어하는 보호회로모듈 등이 형성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 방열 부재의 분해 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 단위 전지, 스페이서 및 방열 부재의 결합을 설명하기 위한 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 방열 부재의 결합을 설명하기 위한 정면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 중 모듈과 방열 부재의 결합 영역을 도시한 측면도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 부재 및 그 결합 구조에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 방열 부재(300)는 방열판(310) 및 방열 패드(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 방열판(310)은 상기 모듈(200) 내부로부터 외부까지 연장되어 상기 단위 전지(100)로부터 발생된 열을 흡수 및 전달하여 외부로 방출시키는 역할을 한다. 상기 방열판(310)은 알루미늄 또는 구리 등과 같은 열전도율이 좋은 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 방열판(310)은 모듈(200) 내부로 삽입되는 삽입 플레이트(311) 및 상기 삽입 플레이트(311)로부터 모듈(200) 외측으로 연장되는 연장 플레이트(312)를 포함한다. 즉, 상기 삽입 플레이트(311)를 통해 모듈(200) 내의 열이 흡수되고, 이러한 열은 외측에 위치한 연장 플레이트(312)로 전달 및 방출됨으로써 모듈(200)의 냉각이 이루어질 수 있다.
상기 삽입 플레이트(311)는 상기 모듈(200) 내부로 삽입되어 단위 전지(100) 및 스페이서(210)의 사이에 개재된다. 보다 구체적으로, 상기 삽입 플레이트(311)는 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a) 및 스페이서(210)의 방열 홀(210a)을 통해 삽입된다. 여기서, 상기 삽입 플레이트(311)는 상기 덕트(400)의 반대편에 위치하는 측면 플레이트(221)를 통해 삽입된다.
상기 삽입 플레이트(311)는 단위 전지(100)의 두 쌍의 측면부 중 상대적으로 면적이 넓은 장측면부를 따라 연장되도록 형성된다. 또한, 상기 삽입 플레이트(311)는 서로 이격되도록 한 쌍이 구비될 수 있다. 즉, 2개의 삽입 플레이트(311)가 구비되어 상기 장측면부의 상측 및 하측에 하나씩 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 단위 전지(100)에서 발생된 열이 상기 삽입 플레이트(311)를 통해 골고루 흡수 및 전달되어 외부로 방출될 수 있다. 물론, 이러한 구조로 상기 삽입 플레이트(311)를 한정하는 것은 아니며, 경우에 따라 다양한 형태가 적용될 수 있다.
한편, 상기 삽입 플레이트(311)는 상기 스페이서(210)의 측면에 위치한 삽입 홀(210a)들 중 하나에 삽입된다. 본 실시예에서는 한 쌍의 삽입 플레이트(311)가 서로 이격된 삽입 홀(210a)에 각각 하나씩 삽입되도록 형성되었다. 따라서, 상기 방열 부재(300)는 별도의 고정 부재 없이 상기 모듈(200)에 안착 및 결합될 수 있다.
상기 삽입 플레이트(311)는 전기적으로 중성을 유지하기 위하여 상기 단위 전지(100)와 이격되어 위치한다. 즉, 상기 방열판(310)이 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 재질로 형성되므로, 극성을 갖는 단위 전지(100)의 케이스(140)와 접촉하지 않도록 위치하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 삽입 플레이트(311)는 후술할 방열 패드(320)를 그 사이에 개재시킨 채로 단위 전지(100)와 접촉하게 된다. 따라서, 상기 삽입 플레이트(311)는 상기 방열 홀(210a)을 통해 삽입되어 실질적으로는 스페이서(210)와 직접 접촉하게 된다.
상기 연장 플레이트(312)는 상기 삽입 플레이트(311)로부터 모듈(200)의 외측으로 연장된다. 보다 구체적으로, 상기 연장 플레이트(312)는 상기 삽입 플레이트(311)로부터 대략 수직으로 절곡되어 모듈(200)의 측부를 따라 연장된다. 즉, 상기 연장 플레이트(312)는 상기 측면 플레이트(221)를 따라 형성된다. 이 때, 하나의 연장 플레이트(312)는 인접한 방열판(310)의 연장 플레이트(312)와 간섭되지 않도록 그 너비가 측면 플레이트(221)의 방열 홀(221a)들 사이의 너비보다 크지 않도록 형성된다.
상기 연장 플레이트(312)가 상기 모듈(200) 내의 삽입 플레이트(311)로부터 연장되어 모듈(200) 외부에 위치함으로써, 삽입 플레이트(311)가 흡수한 열을 모듈(200) 외부로 용이하게 전달할 수 있다. 그리고 연장 플레이트(312)는 모듈(200)의 외부에서 외부 공기에 의해 자연 냉각됨으로 모듈(200)의 방열 동작이 이루어질 수 있다.
상기 방열 패드(320)는 상기 방열판(310) 중 삽입 플레이트(311)와 동일한 형태로 형성된다. 또한, 상기 방열 패드(320)는 상기 연장 플레이트(312)에 부착되고, 상기 단위 전지(100)와 직접 접촉한다. 즉, 상기 방열 패드(320)는 상기 단위 전지(100) 및 삽입 플레이트(311)의 사이에 개재되어 둘 사이를 절연시킨다. 또한, 상기 방열 패드(320)는 상기 방열판(310)과 단위 전지(100)의 밀착력을 높이는 역할을 할 수 있다. 더불어, 상기 방열 패드(320)는 상기 단위 전지(100)의 열을 상기 삽입 플레이트(311)로 용이하게 전달시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 모듈(200) 내에서 발생된 열은 방열 패드(320)를 통해 상기 삽입 플레이트(311) 및 연장 플레이트(312)로 전달되어 외부로 방출된다. 상기 방열 패드(320)는 실리콘 또는 아크릴과 같은 재질로 형성될 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
한편, 도 8에서는 상기 단위 전지(100), 스페이서(210) 및 방열판(310)의 배치 구조를 나타내기 위하여 방열판(310)이 스페이서(210)의 외곽에 위치하도록 도시되었으나, 실질적으로 방열판(310)은 스페이서(210)의 방열 홀(221a)에 삽입되어 위치한다.
더불어, 상기 방열 부재(300)가 상기 방열 홀(221a, 210a)을 통해 모듈(200)의 내부에 삽입되더라도, 도 10에 도시된 바와 같이, 방열 홀(221a, 210a)이 형성하는 외부와의 공기 유로도 함께 존재하게 된다. 따라서, 방열 부재(300)에 의한 전도를 통한 방열뿐만 아니라 방열 홀(221a, 210a)에 의한 대류에 의한 방열도 동시에 이루어질 수 있다.
한편, 상기 방열 부재(300)는 다수개로 구비되어 상기 단위 전지(100)의 사이 마다 삽입될 수 있고, 여기서 상기 방열 부재(300) 각각에 형성된 삽입 플레이트(311) 및 방열 패드(320)는 모든 방열 부재(300)에서 동일한 위치에 있지 않을 수 있다. 즉, 배열된 다수개의 방열 부재(300)에서 상기 삽입 플레이트(311) 및 방열 패드(320)의 위치가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 전지(100)의 중앙에 위치한 방열 부재(300)의 경우 상기 삽입 플레이트(311) 및 방열 패드(320)가 상대적으로 많은 개수로 구비되어 상하 방면에서 균일하게 배치되고, 상기 단위 전지(100)의 단부에 위치한 방열 부재(300)의 경우 상기 삽입 플레이트(311) 및 방열 패드(320)가 상대적으로 적은 개수로 구비되어 상하 방면에서 대략 중앙에 밀집하도록 배치되는 형태가 될 수 있다. 이러한 구성을 통하면, 상기 덕트(400)를 통해 이동되는 공기의 유속과 압력을 제어할 수 있기 때문에 보다 효율적인 방열이 가능할 수 있다.
도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 방열 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전지 팩(10)은 2개의 모듈(200) 사이에 덕트(400)가 개재된다. 그리고 상기 모듈(200) 중 덕트(400)와 반대편에 위치한 측면 플레이트(221)에는 방열 부재(300)가 삽입된다. 즉, 상기 모듈(200) 중 덕트(400)의 반대편에 위치한 스페이서(210)와 측면 플레이트(221)의 방열 홀(210a, 221a)에 방열 부재(300)가 삽입 설치된다. 이 때, 상기 방열 부재(300)는 상기 단위 전지(100) 및 스페이서(210)의 사이에 위치할 수 있다.
한편, 상기 방열 부재(300)는 모듈(200) 내부에 위치하는 삽입 플레이트(311)와 모듈(200) 외부에 위치하는 연장 플레이트(312)를 포함하는 방열판(310) 및 삽입 플레이트(311)에 부착되는 방열 패드(320)를 포함한다. 또한, 실질적으로, 상기 삽입 플레이트(311)는 스페이서(210)와 접촉되고, 상기 방열 패드(320)는 단위 전지(100)와 접촉된다. 따라서, 상기 단위 전지(100)에서 발생한 열은 방열 패드(320), 삽입 플레이트(311) 및 연장 플레이트(312)를 따라 전도 방식으로 모듈(200) 외부로 전달된다. 그리고 상기 연장 플레이트(312)는 상기 모듈(200)의 외부에서 외부 공기에 의한 냉각을 통해 모듈(200)의 방열 동작이 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 덕트(400)의 개구(410)에는 냉각 팬(510)이 설치된다. 상기 냉각 팬(510)은 블로우 타입 또는 석션 타입일 수 있다. 블로우 타입일 경우, 덕트(400) 내부로 유입된 공기가 모듈(200)을 통과하며 열을 흡수하고 외부로 방출됨으로써 냉각이 이루어질 수 있다. 석션 타입일 경우, 모듈(200) 내부에 존재하는 열이 흡수된 뜨거운 공기가 덕트(400)로 흡입되어 개구(410)를 통해 외부로 방출됨으로써 냉각이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 팩(10)에서는, 방열 부재(300)가 덕트(400) 반대편의 모듈(200) 외측에 위치하므로, 상기 냉각 팬(510)이 블로우 타입일 경우 방열 효과가 보다 극대화될 수 있다. 즉, 방열 부재(300)의 열 전달 경로와 블로우 타입의 공기 배출 경로가 모두 덕트(400)의 반대편에 위치한 측면 플레이트(221)를 향함으로써, 모듈(200) 내의 열 방출이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(10)은 모듈(200)의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재(300)를 포함함으로써, 모듈(200) 내의 열이 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 또한, 덕트(400) 및 냉각 팬(510)을 더 포함하도록 구성함으로써, 모듈(200)의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지 팩(10)은 방열 부재(300)에 의한 전도 방식의 방열과 덕트(400) 및 냉각 팬(510)에 의한 대류 방식의 방열이 동시에 이루어짐으로써 전지 팩(10)의 방열 성능을 극대화시킬 수 있다.
이하에서는 도 11 및 도 12을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩에 대하여 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 12는 도 11에서 하나의 모듈을 생략하여 도시한 사시도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩은 방열 부재(600)의 설치 위치 및 덕트(700)의 구조를 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로 이들 구성을 위주로 설명하도록 한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 전지 팩(20)은 2개의 모듈(200) 및 그 사이의 덕트(700)를 포함한다. 또한, 상기 모듈(200)에는 상기 덕트(700)와 마주보도록 다수의 방열 부재(600)가 설치된다.
상기 방열 부재(600)는 상기 모듈(200) 중 덕트(700)와 인접한 측면 플레이트(221, 도 4 참조)에 설치된다. 즉, 앞선 실시예에서는 방열 부재(300)가 덕트(700) 반대편의 측면 플레이트에 설치되었으나, 본 실시예에서는 방열 부재(600)가 덕트(700)와 마주보도록 설치된다. 상기 방열 부재(600)는 상기 모듈(200)의 내부로부터 외측면까지 연장되도록 형성된다. 따라서, 상기 방열 부재(600)는 모듈(200) 내부의 열을 모듈(200) 외부로 전달시킬 수 있다. 상기 방열 부재(600)의 구조 및 결합 형태는 앞선 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
상기 덕트(700)는 2개의 모듈(200)의 사이에 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 덕트(700)는 양측부가 상기 모듈(200)의 측면 플레이트(221)와 마주보도록 배치된다. 상기 덕트(700)는 일단부에 개방된 개구(710)를 포함하며, 개구와 마주보는 타단부은 밀폐되어 있다. 또한, 상기 덕트(700)는 내부에 통로(720)가 형성되어 공기를 유입시키거나 유출시키는 것이 가능하다.
상기 덕트(700)의 양측부, 즉, 상기 모듈(200)과 마주보는 양측부에는 각각 방열 홀(730)이 형성된다. 특히, 상기 방열 홀(730)은 다수의 상기 방열 부재(600)들과 전체적으로 대응되도록 형성된다. 즉, 상기 방열 부재(600)들 중 연장 플레이트(도 7의 312 참조)는 모두 상기 방열 홀(730)과 대응되도록 위치하게 된다. 따라서, 상기 덕트(700)의 내부로 유입되거나 유출되는 공기에 의하여 상기 모듈(200) 외부로 노출된 방열 부재(600)가 용이하게 냉각될 수 있다.
한편, 앞선 실시예와 마찬가지로 전지 팩(20)의 정면에는 결합 부재가 설치될 수 있다. 또한, 결합 부재에는 앞선 실시예와 마찬가지로 덕트(700)의 개구(710)와 대응되도록 냉각 팬이 설치될 수 있다. 이 때, 냉각 팬은 블로우 타입 또는 석션 타입으로 구성될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩(20)은 모듈(200)의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재(600)를 포함함으로써, 모듈(200) 내의 열이 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 또한, 덕트(700) 및 냉각 팬을 더 포함하도록 구성함으로써, 모듈(200)의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다. 특히, 상기 방열 부재(600)가 상기 덕트(700)의 방열 홀(730)과 대응되도록 위치한다. 따라서, 덕트(700)의 내부로 유입되거나 유출되는 공기에 의하여 방열 부재(600)의 냉각이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 특히, 덕트(700)가 석션 타입일 경우 모듈(200)을 냉각시키고 덕트로 흡입된 공기를 통해 덕트 내부에 위치한 방열 부재까지 함께 냉각될 수 있으므로 보다 효과적인 방열 동작이 이루어질 수 있다.
이하에서는 전지 팩에 덕트와 냉각 팬 및 방열 부재를 적용함에 따른 방열 성능을 측정한 결과에 대하여 설명하도록 한다.
아래의 표 1은 전지 팩 1 내지 4에 적용된 냉각 팬과 방열 부재의 조건을 나타낸 것이다.
전지 팩 1 전지 팩 2 전지 팩 3 전지 팩 4
냉각 팬 타입 석션 석션 블로우 석션
방열 부재 - 덕트의 반대편 덕트의 반대편 덕트의 방열 홀
전지 팩 1, 2, 4의 경우 석션 타입의 냉각 팬이 적용되었고, 전지 팩 3의 경우 블로우 타입의 냉각 팬이 적용되었다. 또한, 전지 팩 1의 경우 방열 부재는 설치되지 않았으며, 전지 팩 2, 3에는 모듈 중 덕트의 반대편에 방열 부재가 설치되었고, 전지 팩 4에는 덕트의 방열 홀과 대응되도록 방열 부재가 설치되었다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 온도 분포를 도시한 도면이다. 도 13의 왼쪽은 전지 팩 1의 온도 분포가 도시된 것이며, 오른쪽은 전지 팩 2의 온도 분포가 도시된 것이다.
도 13을 참조하면, 전지 팩 2의 온도가 전지 팩 1의 온도보다 전체적으로 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한, 전지 팩 2의 경우 모듈을 구성하는 단위 전지들의 전체적인 온도 분포가 전지 팩 1에 비하여 보다 균일하게 이루어진 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지 팩은 방열 부재뿐만 아니라 덕트와 냉각 팬을 함께 적용함에 따라 보다 효과적으로 방열 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 전지 팩을 구성하는 단위 전지들간의 온도 편차를 감소시킴으로써 전지 팩의 안정성을 향상시킬 수 있다.
아래의 표 2는 전지 팩 2 내지 전지 팩 4의 평균 온도를 측정하여 냉각 팬의 타입 및 방열 부재의 위치에 따른 방열 성능을 비교한 결과이다.
전지 팩 2 전지 팩 3 전지 팩 4
온도(℃) 51.3 - 57.5 48.6 - 55.4 51.0 - 56.5
표 2에 나타낸 바와 같이, 석션 타입의 냉각 팬 및 덕트의 반대편에 위치한 방열 부재를 적용한 전지 팩 2의 경우 51.3 내지 57.5℃의 온도를 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 석션 타입의 냉각 팬 및 덕트의 방열 홀에 위치한 방열 부재를 적용한 전지 팩 4의 경우 51.0 내지 56.5℃의 온도를 갖는 것으로 확인되었다. 즉, 석션 타입의 냉각 팬이 적용되었을 경우 방열 부재가 덕트의 방열 홀에 위치할 때 방열 성능이 보다 우수함을 알 수 있다.
반면, 블로우 타입의 냉각 팬 및 덕트의 반대편에 위치한 방열 부재를 적용한 전지 팩 3의 경우 48.6 - 55.4℃의 온도를 갖는 것이 확인되었다. 즉, 방열 부재가 덕트의 반대편에 위치하는 전지 팩 2와 전지 팩 3을 비교한 결과, 석션 타입보다는 블로우 타입이 방열 효과가 우수함을 알 수 있다.
결과적으로, 방열 부재가 덕트와 반대편에 위치한 모듈의 측면 플레이트에 설치되고, 냉각 팬에 블로우 타입이 적용될 경우 방열 효과가 가장 우수함을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전지 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
본 발명은 모듈의 내부로부터 외부로 연장된 방열 부재를 포함함으로써 모듈 내의 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있으며, 여기에 덕트 및 냉각 팬을 더 포함하도록 구성함으로써 모듈의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있는 전지 팩을 제공한다.

Claims (13)

  1. 다수의 단위 전지, 상기 단위 전지 사이에 개재되는 다수의 스페이서, 및 상기 단위 전지와 스페이서를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 적어도 하나의 모듈;
    상기 모듈에 삽입되며, 상기 모듈의 내부로부터 외부로 연장되는 다수의 방열 부재;
    개구를 포함하고, 상기 모듈의 일면에 설치되는 덕트; 및
    상기 덕트의 개구에 연결되는 냉각 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 부재는,
    상기 모듈 내로 삽입되어 상기 단위 전지와 스페이서 사이에 개재되는 삽입 플레이트와, 상기 삽입 플레이트로부터 절곡되어 상기 모듈의 외측으로 연장되는 연장 플레이트를 포함하는 방열판; 및
    상기 삽입 플레이트에 부착되는 방열 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 삽입 플레이트는 상기 단위 전지와 이격되고, 상기 스페이서와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 방열 패드는 상기 단위 전지 및 삽입 플레이트 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 다수의 단위 전지 사이의 경계를 따라 형성되는 다수의 방열 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 단위 전지의 서로 마주보는 한 쌍의 면을 덮는 한 쌍의 측면 플레이트를 포함하고,
    상기 측면 플레이트에는 상기 스페이서의 방열 홀과 대응되는 다수의 방열 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 스페이서 및 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 덕트는 상기 한 쌍의 측면 플레이트 중 하나와 인접하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 덕트와 반대편에 위치한 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 덕트는 상기 측면 플레이트의 방열 홀과 대응되는 다수의 방열 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 덕트와 인접한 측면 플레이트의 방열 홀을 통해 상기 모듈 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 덕트 중 상기 측면 플레이트와 인접한 일면에는 상기 다수의 방열 부재와 동시에 대응되는 하나의 방열 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 팬은 블로우(blow) 타입 또는 석션(suction) 타입 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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