WO2021215662A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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WO2021215662A1
WO2021215662A1 PCT/KR2021/003033 KR2021003033W WO2021215662A1 WO 2021215662 A1 WO2021215662 A1 WO 2021215662A1 KR 2021003033 W KR2021003033 W KR 2021003033W WO 2021215662 A1 WO2021215662 A1 WO 2021215662A1
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flow path
battery
cell stack
battery cell
paths
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김민섭
성준엽
장성환
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module for improving cooling performance and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because no by-products are generated due to energy use.
  • Such a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack, and a heat sink for cooling the plurality of battery cells.
  • FIG. 1 is a view showing a battery module combined with a conventional heat sink.
  • a conventional battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells 10 are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack, a bottom 20 of the module frame and the battery cell stack. and a thermally conductive resin layer 15 positioned between the sieves.
  • a battery module may be formed under the module frame bottom 20 and may be combined with a heat sink 30 that provides a cooling function to the plurality of battery cells 10 to form a battery pack.
  • a heat-conducting layer 18 may be further formed between the bottom 20 of the battery module and the heat sink 30 .
  • the heat sink includes a lower plate 31 and an upper plate 29 , and a refrigerant may flow between the lower plate 31 and the upper plate 29 .
  • a separate cooling structure for example, a heat sink is required in the battery pack unit. Accordingly, the cooling structure tends to be complicated, and the refrigerant and the battery cell stack 10 are formed in a multi-layered structure including the upper plate 29 and the module frame bottom 29, thereby indirectly cooling the battery cells. There were limits to what could be done.
  • An object of the present invention is to provide a battery module and a battery pack that improve cooling performance.
  • a battery module for realizing the above object includes: a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a module frame for accommodating the battery cell stack; and a heat sink formed under the module frame to cool the plurality of battery cells, wherein the heat sink includes a lower plate and a flow path that is a flow path of the refrigerant, and the flow path of the flow path includes the battery a first path set in which first paths formed in a direction perpendicular to a stacking direction of the cell stack are collected; and a second path set collecting second paths formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack, wherein the total length of the second path set is longer than the total length of the first path set .
  • the second paths forming the second path set may be formed to pass under at least two or more battery cells among a plurality of battery cells forming the battery cell stack.
  • At least one of the second paths forming the second path set may be formed to pass under all of the plurality of battery cells forming the battery cell stack.
  • the heat sink further includes an inlet through which the refrigerant flows and an outlet through which the refrigerant flows, both the inlet and the outlet are formed on one side of the heat sink, and paths connected to the inlet and the outlet are all It may be the first route.
  • the flow path part may further include a partition wall formed inside the flow path part along a direction in which the flow path part is formed.
  • the refrigerant flows by being divided into first and second flow passages formed based on the partition wall, and the flow path of the first flow passage includes a first collection of 1-1 passages formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack.
  • 1-1 path set ; and a 2-1 path set that collects 2-1 paths formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack, wherein the flow path of the second flow path includes a stacking direction of the battery cell stack and
  • the first and second paths formed in the vertical direction may include a set of first and second paths; and a 2-2 path set that collects 2-2 paths formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack, wherein the total length of the first path set is the total length of the 1-1 path set.
  • the length is the sum of the length and the total length of the 1-2 path set
  • the total length of the second path set is a length obtained by adding the total length of the 2-1 path set and the total length of the 2-2 path set.
  • the total length of the second path set may be longer than the total length of the first path set.
  • the flow passage further includes sidewall portions forming both side surfaces, the sidewall portion may include: a first sidewall portion formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack; and a second sidewall portion formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack, wherein a total length of the second sidewall portion may be formed to be longer than a total length of the first sidewall portion.
  • a dimple part may be formed on the surface of the flow path part.
  • the flow path part is formed in a structure recessed downward from the lower plate, the upper side of the flow path part is covered by the bottom part of the module frame, and the refrigerant flows into a space between the flow path part and the bottom part of the module frame.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module.
  • the flow path is formed parallel to the stacking direction of the battery cell stack, thereby reducing the temperature deviation between the battery cells during cooling, thereby improving the cooling performance of the battery module.
  • cooling structure can be simplified through the cooling structure in which the module frame and the heat sink are integrated.
  • FIG. 1 is a view showing a battery module combined with a conventional heat sink.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a flow path structure of the battery cells of FIG. 1 and a heat sink corresponding thereto, as a comparative example.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a refrigerant flows in the flow path structure of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the components of the battery module of FIG. 4 are assembled.
  • FIG. 6 is a view of the battery module assembled in FIG. 5 centered on the heat sink formed on the lower part.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the heat sink of FIG. 6 as viewed in the A-A direction by cutting the heat sink in the horizontal direction, in which the flow direction of the refrigerant is indicated.
  • FIG. 8 is a view comparing the flow direction of the refrigerant of FIG. 7 and the stacking direction of the battery cell stack.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a refrigerant flows through the heat sink of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a view illustrating a flow direction of a refrigerant flowing through a heat sink in which a dimple portion is formed according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a direction in which a refrigerant flows in a heat sink having a partition wall formed thereon according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 12 is a view illustrating a direction in which a refrigerant flows in a heat sink having a partition wall formed thereon according to a modified example of the present invention.
  • the first and second terms used in the present application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a view showing a state in which the components of the battery module of FIG. 4 are assembled.
  • the battery module 200 includes a battery cell stack 100 in which a plurality of battery cells are stacked, and a module for accommodating the battery cell stack 100 . and a heat sink 300 formed under the frame 205 and the module frame 205 to cool the plurality of battery cells.
  • the battery cell according to the present embodiment is a secondary battery, and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells may be configured in plurality, and the plurality of battery cells may be stacked to each other so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 100 .
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a cell case, and an electrode lead protruding from the electrode assembly.
  • the module frame 205 accommodates the battery cell stack 100 .
  • the module frame 205 includes a lower frame 210 that covers the lower surface and both sides of the battery cell stack 100 , and an upper plate that covers the upper surface of the battery cell stack 100 ( 220) may be included.
  • the structure of the module frame 205 is not limited thereto, and may be in the form of a mono frame surrounding on four surfaces except for the front and rear surfaces of the battery cell stack 100 .
  • the battery module 200 may further include an end plate 230 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 100 . It is possible to physically protect the battery cell stack 100 accommodated therein through the module frame 205 described above.
  • the heat sink 300 may be formed under the module frame 205 .
  • the heat sink 300 is formed on one side of the lower plate 310 and the heat sink 300 forming a skeleton of the heat sink 300 and in contact with the bottom of the module frame 205 to form the heat sink 300 from the outside.
  • the inlet 320 for supplying the refrigerant to the inside, the outlet 330 formed on one side of the heat sink to allow the refrigerant flowing inside the heat sink to flow out of the heat sink, and the inlet 320 and the outlet 330 are connected and a flow path part 340 through which the refrigerant flows.
  • the flow passage 340 may refer to a structure in which the lower plate 310 in contact with the lower surface of the lower frame 210 corresponding to the bottom of the module frame 205 is depressed downward.
  • the upper side of the flow path part 340 is opened to form a flow path between the flow path part 340 and the bottom of the module frame 205 , and a refrigerant may flow through the flow path.
  • the battery module 200 according to the present embodiment may have a cooling-integrated structure in which the bottom of the module frame 205 serves to correspond to the upper plate of the heat sink 300 .
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a flow path structure of the battery cells of FIG. 1 and a heat sink corresponding thereto, as a comparative example.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a refrigerant flows in the flow path structure of FIG. 2 .
  • 6 is a view of the battery module assembled in FIG. 5 centered on the heat sink formed on the lower part.
  • 7 is a cross-sectional view illustrating the heat sink of FIG. 6 as viewed in the A-A direction by cutting the heat sink in the horizontal direction, in which the flow direction of the refrigerant is indicated.
  • 8 is a view comparing the flow direction of the refrigerant of FIG. 7 and the stacking direction of the battery cell stack.
  • 9 is a diagram illustrating a state in which a refrigerant flows through the heat sink of FIG. 8 .
  • the cooling plate 310 may be formed to correspond to the bottom of the module frame 205 .
  • the bottom portion of the module frame 205 corresponds to the bottom portion of the lower frame 210 , and the bottom portion of the cooling plate 310 and the lower frame 210 may be coupled by welding, and the battery module may be coupled through the cooling plate 310 .
  • the overall rigidity can be reinforced.
  • the cooling plate 310 and the bottom of the lower frame 210 are sealed through welding, so that the refrigerant can flow through the flow path 340 formed inside the cooling plate 310 without leakage.
  • Both the inlet 320 and the outlet 330 may be formed on one side of the heat sink 300 .
  • both the inlet 320 and the outlet 330 may be formed on one side of the heat sink 300 formed in the portion where the end plate 230 is located.
  • the inlet 320 and the outlet 330 may be respectively located at both ends of one side of the heat sink 300 .
  • a refrigerant supply unit and a refrigerant discharge unit are formed on the lower side or upper side of the heat sink 300 , so that the refrigerant supplied through the refrigerant supply unit may flow into the inlet 320 , and the refrigerant discharged through the outlet 330 may be discharged through the refrigerant discharge unit. can be discharged to the outside.
  • the flow path 340 may be formed to cover the bottom of the module frame 205 while being bent.
  • the flow path part 340 is formed in most regions of the bottom part of the module frame 205 except for the part in which the cooling plate 310 is in contact with the bottom part of the module frame 205 , so that the module frame 205 has an upper bottom portion of the module frame 205 . All parts of the battery cell stack 100 arranged to occupy most of the area of the bottom of the module frame 205 may be uniformly cooled.
  • the flow path of the flow path 340 is, as shown in FIGS. 7 and 8 , a first path formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 100 ( 340a) a collection of the first path set (I) and the second path set (II) formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack 100, including a second path set (II), the second path
  • the total length of the set (II) is formed to be longer than the total length of the first set of paths (I).
  • the heat sink 30 includes an inlet 32 through which a refrigerant flows, an outlet 33 through which the refrigerant flows, and an inlet 32 and an outlet 33 .
  • ) may include a lower plate 31 having a cooling flow path 34 connecting them.
  • the cooling passage 34 may be formed in the main direction in the longitudinal direction of the battery cells 10 .
  • the direction in which the cooling passage 34 is formed is formed in a direction parallel to the longitudinal direction of the battery cells 10 stacked on the upper side of the cooling passage 34 , and the left and right sides of the battery cell A difference in cooling temperature may occur depending on the location.
  • the cooling of the battery cell stack is not uniformly performed, so that the overall cooling performance of the battery module may be deteriorated.
  • the width of the flow path may be formed to be wider, so that the temperature deviation may be more severe.
  • the flow paths of the flow path part 340 include a first path 340a formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 100 . It includes a first path set (I) that collects, and a second path set (II) that collects second paths (340b) formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack 100 .
  • the total length of the second path set II may be longer than the total length of the first path set I. Therefore, as shown in FIG.
  • the coolant path flowing across the plurality of battery cells is formed longer than that of the coolant flowing in parallel to the longitudinal direction of the plurality of battery cells, so that the temperature deviation between the battery cells is longer. can be reduced and the cooling performance can be improved.
  • the effect of reducing the temperature deviation and improving the cooling performance may be more effectively shown in a large-area battery module in which the channel width is formed wider as an embodiment of the present invention.
  • the second paths 340b forming the second path set II are the lower sides of at least two or more battery cells among the plurality of battery cells forming the battery cell stack 100 . It can be formed to pass.
  • both the inlet 320 and the outlet 330 are formed on one side of the heat sink 300 , and one side of the heat sink 300 on which the inlet 320 and the outlet 330 are formed is a stacked battery cell stack. Since it is located in a direction perpendicular to the direction, all paths connected to the inlet 320 and the outlet 330 may be formed as the first path 340a.
  • the flow path portion 340 further includes sidewall portions 343 and 344 forming both side surfaces of the flow passage portion 340 , and the sidewall portions 343 and 344 are, the battery cell stack 100 .
  • including a first sidewall part 343 formed in a direction perpendicular to the stacking direction of ) may be formed to be longer than the total length of the first sidewall portion 343 .
  • the sidewalls 343 and 344 form a part of the cooling plate 310 , and upper ends of the sidewalls 343 and 344 may be coupled to the bottom of the module frame by welding.
  • the length of the second sidewall part 344 formed in a direction parallel to the stacking direction of the battery cell stack is a first sidewall formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 100 . Since the portion 343 is formed to be longer than the length, it is possible to effectively support the load of the plurality of battery cells through the second sidewall portion 344 formed across the lower side of the at least two battery cells.
  • FIG. 10 is a view illustrating a flow direction of a refrigerant flowing through a heat sink in which a dimple portion is formed according to a modified example of the present invention.
  • a dimple part 360 may be formed on the surface of the flow path part 340 .
  • the cooling performance of the battery module may be improved by controlling the flow of the refrigerant through the dimple part 360 to minimize the difference in cooling temperature between parts of the flow path part 340 .
  • the dimple part 360 may be formed of a plurality of dimples formed in a hemispherical shape convex upward from the surface of the flow path part 340 .
  • the lower surface of the heat sink 300 may have a concave shape.
  • the plurality of dimples may be formed to be spaced apart from each other. Therefore, as shown in FIG. 10 , the refrigerant flows evenly while passing between the dimple parts 360 formed of a plurality of dimples, so that cooling performance indicators such as maximum cooling temperature, temperature deviation, and thermal resistance can be improved. .
  • FIG 11 and 12 illustrate the heat sink in which the partition wall is formed.
  • 11 is a view illustrating a direction in which a refrigerant flows in a heat sink having a partition wall formed thereon according to a modified example of the present invention.
  • 12 is a view illustrating a direction in which a refrigerant flows in a heat sink having a partition wall formed thereon according to a modified example of the present invention.
  • the flow path part 340 may further include a partition wall 350 formed in the flow path part 340 along the direction in which the flow path part 340 is formed.
  • the barrier rib 350 according to the present modified example reduces the width of the flow path part 340 without changing the flow path length of the flow path part 340 to minimize the pressure drop and at the same time reduce the temperature deviation between the flow path widths.
  • the upper end of the partition wall 350 and the upper end of the cooling plate 310 may be coupled to the lower surface of the module frame 205 by welding or the like.
  • the partition wall 350 By the partition wall 350 , the pressure drop and temperature deviation of the flowing refrigerant can be minimized, and in addition to the cooling plate 310 , the partition wall 350 is also combined with the bottom of the module frame 205 to form the module frame 205 . ) and support the load of the battery cell stack accommodated in the module frame 205 and may have the effect of reinforcing the rigidity of the battery module.
  • the partition wall 350 may extend from the inlet 320 to the outlet 330 along a central portion of the flow path 340 . Through this, the refrigerant introduced into the inlet 320 may be guided to the outlet 330 along the partition wall 350 .
  • the starting point of the partition wall 350 is formed to be spaced apart from the inlet 320 , and the refrigerant introduced through the inlet 320 flows from the starting point of the partition wall 350 to the first flow path portion 341 and the second flow path formed through the partition wall 350 . It can flow by being divided into two flow passages 342 . In this case, the widths of the first flow path part 341 and the second flow path part 342 are formed to be the same, and the widths of the first flow path part 341 and the second flow path part 342 are from the inlet 320 to the outlet 340 . ) can be consistently formed.
  • the flow may not be biased toward any one of the first and second flow passages 341 and 342 , and a flow passage that may occur due to a wider width of one of the first and second flow passages 341 and 342 . It is possible to minimize the difference in temperature difference between each. In addition, since the widths of the flow passages 340 are uniformly formed, the possibility of pressure drop and temperature deviation that may occur when the width is increased or decreased can be minimized.
  • the refrigerant flows through the first and second flow passages 341 and 342 formed based on the partition wall 350 , and the flow path of the first flow passage 341 . is parallel to the stacking direction of the 1-1 path set (I1) and the battery cell stack 100, which collects the 1-1 paths 341a formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 100
  • the 2-1 path set II1 may include a collection of 2-1 paths 341b formed in one direction.
  • the flow path of the second flow path part 342 is a set of 1-2 paths (I2) and a battery in which the 1-2 paths (342a) formed in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 100 are collected.
  • a 2-2 path set II2 may include a collection of 2-2 paths 342b formed in a direction parallel to the stacking direction of the cell stack 100 .
  • the total length of the first path set (I) is the sum of the total length of the 1-1 path set (I1) and the total length of the 1-2 path set (I2)
  • the second path set (II) The total length of is the sum of the total length of the 2-1 path set (II1) and the total length of the 2-2 path set (II2)
  • the total length of the second path set (II) is the total length of the first path set ( It may be formed longer than the total length of I).
  • the partition wall 350 can also be divided into a portion formed in the direction formed by the paths constituting the first path set (I) and a portion formed in the direction formed by the paths constituting the second path set (II),
  • the total length of the portions formed in the direction formed by the paths constituting the second path set II may be longer than the total length of the portions formed in the direction formed by the paths constituting the first path set I. .
  • Portions of the partition wall 350 formed in the direction in which the paths constituting the second path set II are formed are formed in a direction crossing the lower side of the plurality of battery cells of the battery cell stack, so that the load of the plurality of battery cells is more can be effectively supported.
  • FIG. 12 is a view showing a modified example of a heat sink in which a barrier rib having a structure different from that of FIG. 11 is formed.
  • At least one of the second paths 341b and 342b forming the second path set II may be formed to pass under all of the plurality of battery cells forming the battery cell stack. .
  • the total length of the paths formed in the direction crossing the plurality of battery cells is longer than the total length of the paths formed in the direction parallel to the plurality of battery cells among the paths formed in the flow passages flowing through the modified barrier rib structure. It is possible to implement a flow path and a bulkhead groove having various modifications.
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are collected and a battery management system (BMS) that manages the temperature, voltage, etc. of the battery and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module, which also falls within the scope of the present invention .
  • module frame 210 lower frame
  • flow passage 340a first path
  • 341a 1-1 path 341b: 1-2 path
  • I1 1-1 path set
  • I2 1-2 path set

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 하측에 형성되어 상기 복수의 전지셀을 냉각시키는 히트 싱크를 포함하고, 상기 히트 싱크는, 하부 플레이트 및 냉매의 유동 경로인 유로부를 포함하고, 상기 유로부의 유동 경로는, 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 경로들을 모은 제1 경로 집합; 및 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 경로들을 모은 제2 경로 집합을 포함하고, 상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제1 경로 집합의 총 길이보다 더 길게 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 04월 22일자 한국 특허 출원 제10-2020-0048652호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 성능을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 전지셀들로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임 및 복수의 전지셀을 냉각시키는 히트 싱크를 포함한다.
도 1은 종래 히트 싱크와 결합된 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 전지 모듈은, 복수의 전지셀(10)이 적층 형성된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임의 바닥부(20)와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층(15)을 포함한다. 이러한 전지 모듈은, 모듈 프레임 바닥부(20) 아래 형성되어 복수의 전지셀(10)에 냉각 기능을 제공하는 히트 싱크(30)와 결합하여 전지 팩을 형성할 수 있다. 여기서, 전지 모듈의 바닥부(20)와 히트 싱크(30) 사이에 열전도층(18)이 더 형성될 수 있다. 이때 히트 싱크는 하부 플레이트(31) 및 상부 플레이트(29)를 포함하고, 하부 플레이트(31)와 상부 플레이트(29) 사이로 냉매가 유동할 수 있다.
종래에는, 전지 모듈 및/또는 전지 팩의 냉각 성능을 향상시키기 위해 전지 팩 단위에서 별도의 냉각 구조, 예를 들어 히트 싱크를 필요로 한다. 따라서, 냉각 구조가 복잡해지는 경향이 있었으며, 냉매와 전지셀 적층체(10) 사이가 상부 플레이트(29), 모듈 프레임 바닥부(29) 등으로 이루어진 다층 구조로 형성됨으로써, 전지셀들을 간접적으로 냉각할 수 밖에 없는 한계가 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능을 향상시키는 전지 모듈 및 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 하측에 형성되어 상기 복수의 전지셀을 냉각시키는 히트 싱크를 포함하고, 상기 히트 싱크는, 하부 플레이트 및 냉매의 유동 경로인 유로부를 포함하고, 상기 유로부의 유동 경로는, 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 경로들을 모은 제1 경로 집합; 및 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 경로들을 모은 제2 경로 집합을 포함하고, 상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제1 경로 집합의 총 길이보다 더 길게 형성된다.
상기 제2 경로 집합을 형성하는 상기 제2 경로들은, 상기 전지셀 적층체를 형성하는 복수의 전지셀 중 적어도 두개 이상의 전지셀들의 하측을 지나도록 형성될 수 있다.
상기 제2 경로 집합을 형성하는 상기 제2 경로들 중 적어도 하나는 상기 전지셀 적층체를 형성하는 복수의 전지셀 모두의 하측을 지나도록 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크는 상기 냉매가 유입되는 인렛과 상기 냉매가 유출되는 아웃렛을 더 포함하고, 상기 인렛과 상기 아웃렛은 모두 상기 히트 싱크의 일 변에 형성되며, 상기 인렛 및 상기 아웃렛과 연결되는 경로들은 모두 제1 경로일 수 있다.
상기 유로부는 상기 유로부가 형성된 방향을 따라 상기 유로부의 내부에 형성된 격벽을 더 포함할 수 있다.
상기 냉매는 상기 격벽을 기준으로 형성된 제1,2 유로부로 구별되어 흐르고, 상기 제1 유로부의 유동 경로는, 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1-1 경로들을 모은 제1-1 경로 집합; 및 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-1 경로들을 모은 제2-1 경로 집합을 포함하고, 상기 제2 유로부의 유동 경로는, 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1-2 경로들은 모은 제1-2 경로 집합; 및 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-2 경로들을 모은 제2-2 경로 집합을 포함하고, 상기 제1 경로 집합의 총 길이는 상기 제1-1 경로 집합의 총 길이와 상기 제1-2 경로 집합의 총 길이를 더한 길이이고, 상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제 2-1 경로 집합의 총 길이와 상기 제2-2 경로 집합의 총 길이를 더한 길이이며, 상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제1 경로 집합의 총 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 유로부는 양측면을 형성하는 측벽부를 더 포함하고, 상기 측벽부는, 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 측벽부; 및 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 측벽부를 포함하고, 상기 제2 측벽부의 총 길이는 상기 제1 측벽부의 총 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 유로부의 표면에는 딤플부가 형성될 수 있다.
상기 유로부는 상기 하부 플레이트에서 하측으로 함몰 형성된 구조로 형성되고, 상기 유로부의 상측은 상기 모듈 프레임의 바닥부에 의해 커버되며, 상기 유로부와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 공간으로 상기 냉매가 유동할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 유로가 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행하게 형성되어, 냉각시 전지셀들 간의 온도 편차를 줄일 수 있어 전지 모듈의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 모듈 프레임과 히트 싱크를 일체화한 냉각 구조를 통해 냉각 구조 단순화를 구현할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 히트 싱크와 결합된 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 비교예로, 도 1의 전지셀들 및 그에 대응한 히트 싱크의 유로 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 유로 구조에 냉매가 유동하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈의 구성들이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에서 조립된 전지 모듈을 하측 부분에 형성된 히트 싱크를 중심으로 바라본 도면이다.
도 7은 도 6의 히트 싱크를 수평 방향으로 잘라 A-A 방향으로 바라본 히트 싱크를 나타내는 단면도로, 냉매의 유동 방향이 표시되어 있다.
도 8은 도 7의 냉매의 유동 방향과 전지셀 적층체의 적층 방향을 비교한 도면이다.
도 9는 도 8의 히트 싱크에 냉매가 흐르는 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 변형예에 따른 딤플부가 형성된 히트 싱크에 흐르는 냉매의 유동 방향을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 변형예에 따른 격벽이 형성된 히트 싱크에서 냉매가 유동하는 방향을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 변형예에 따른 격벽이 형성된 히트 싱크에서 냉매가 유동하는 방향을 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 구성에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈의 구성들이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(200)은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(205) 및 모듈 프레임(205)의 하측에 형성되어 복수의 전지셀을 냉각시키는 히트 싱크(Heat sink)(300)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 셀 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
모듈 프레임(205)은 전지셀 적층체(100)를 수용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(205)은 전지셀 적층체(100)의 하면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임(210), 전지셀 적층체(100)의 상면을 커버하는 상부 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 다만, 모듈 프레임(205) 구조는 이에 제한되지 않고, 전지셀 적층체(100)의 전후면을 제외하고 4면에서 둘러싸는 모노 프레임 형태일 수도 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(200)은, 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(230)를 더 포함할 수 있다. 앞에서 설명한 모듈 프레임(205)을 통해 내부에 수용된 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다.
히트 싱크(300)는 모듈 프레임(205)의 하부에 형성될 수 있다. 히트 싱크(300)는, 히트 싱크(300)의 골격을 형성하고 모듈 프레임(205)의 바닥부와 접촉하는 하부 플레이트(310), 히트 싱크(300)의 일측에 형성되어 외부로부터 히트 싱크(300) 내부로 냉매를 공급하는 인렛(320), 히트 싱크의 일측에 형성되어 히트 싱크 내부에서 유동된 냉매가 히트 싱크 외부로 유출되도록 하는 아웃렛(330), 인렛(320)과 아웃렛(330)을 연결하고 냉매가 유동하는 유로부(340)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 유로부(340)는 모듈 프레임(205)의 바닥부에 해당하는 하부 프레임(210)의 하면과 접촉하는 하부 플레이트(310)가 하측으로 함몰 형성된 구조를 가리킬 수 있다. 유로부(340)의 상측은 개방됨으로써 유로부(340)와 모듈 프레임(205) 바닥부 사이에 유로가 형성되며, 상기 유로를 통해 냉매가 유동할 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 모듈(200)은, 모듈 프레임(205)의 바닥부가 히트 싱크(300)의 상부 플레이트에 대응하는 역할을 하는 냉각 일체형 구조를 가질 수 있다.
종래에는 모듈 프레임 하측에 냉매가 흐르는 구조가 별도로 형성되어 있어 모듈 프레임을 간접적으로 냉각할 수 밖에 없으므로 냉각 효율이 저하되고 별도의 냉매 유동 구조가 형성되어 있어 전지 모듈 및 전지 모듈이 장착된 전지 팩 상의 공간 활용률이 낮아지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면 모듈 프레임(205)의 하부에 히트 싱크(300)를 일체화 시킨 구조를 채용하여, 유로부(340)와 모듈 프레임(205)의 바닥부 사이로 냉매가 직접 유동할 수 있게 됨으로써, 직접 냉각에 따른 냉각 효율이 상승하고, 히트 싱크(300)가 모듈 프레임(205)의 바닥부와 일체화된 구조를 통해 전지 모듈 및 전지 모듈이 장착된 전지 팩 상의 공간 활용률을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크 유로부의 유동 경로 및 그에 따른 효과에 대해 도 2 및 도 3에 도시된 비교예와 대비하여 설명한다.
도 2는 비교예로, 도 1의 전지셀들 및 그에 대응한 히트 싱크의 유로 구조를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 유로 구조에 냉매가 유동하는 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5에서 조립된 전지 모듈을 하측 부분에 형성된 히트 싱크를 중심으로 바라본 도면이다. 도 7은 도 6의 히트 싱크를 수평 방향으로 잘라 A-A 방향으로 바라본 히트 싱크를 나타내는 단면도로, 냉매의 유동 방향이 표시되어 있다. 도 8은 도 7의 냉매의 유동 방향과 전지셀 적층체의 적층 방향을 비교한 도면이다. 도 9는 도 8의 히트 싱크에 냉매가 흐르는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크(300)에서, 냉각 플레이트(310)는 모듈 프레임(205)의 바닥부와 대응되도록 형성될 수 있다. 모듈 프레임(205)의 바닥부는 하부 프레임(210)의 바닥부에 해당하고, 냉각 플레이트(310)와 하부 프레임(210)의 바닥부는 용접으로 결합될 수 있으며, 냉각 플레이트(310)를 통해 전지 모듈 전체의 강성을 보강할 수 있다. 냉각 플레이트(310)와 하부 프레임(210)의 바닥부는 용접 결합을 통해 밀봉됨으로써, 냉각 플레이트(310) 내측에 형성된 유로부(340)에서 냉매가 누출 없이 유동할 수 있다.
인렛(320)과 아웃렛(330)은 모두 히트 싱크(300)의 일 변에 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 인렛(320)과 아웃렛(330)은 모두 엔드 플레이트(230)가 위치한 부분에 형성된 히트 싱크(300)의 일 변에 형성될 수 있다. 인렛(320)과 아웃렛(330)은 히트 싱크(300)의 일 변의 양단에 각각 위치할 수 있다. 히트 싱크(300)의 하측 또는 상측에는 냉매 공급부 및 냉매 배출부가 형성되어, 냉매 공급부를 통해 공급된 냉매가 인렛(320)으로 유입될 수 있고, 아웃렛(330)을 통해 유출된 냉매는 냉매 배출부를 통해 외부로 배출될 수 있다.
유로부(340)는 벤딩되면서 모듈 프레임(205)의 바닥부를 커버하도록 형성될 수 있다. 유로부(340)는 모듈 프레임(205)의 바닥부 중 냉각 플레이트(310)가 모듈 프레임(205)의 바닥부와과 접촉된 부분을 제외한 대부분 영역에 형성됨으로써, 모듈 프레임(205)의 바닥부 상측에서 모듈 프레임(205)의 바닥부 대부분의 면적을 차지하도록 배치된 전지셀 적층체(100)의 모든 부분이 골고루 냉각될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유로부(340)의 유동 경로는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 경로(340a)들을 모은 제1 경로 집합(I) 및 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 경로(340b)들을 모은 제2 경로 집합(II)을 포함하고, 제2 경로 집합(II)의 총 길이는 제1 경로 집합(I)의 총 길이보다 더 길게 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 히트 싱크는(30)는, 냉매가 유입되는 인렛(32), 냉매가 유출되는 아웃렛(33), 인렛(32)과 아웃렛(33)을 연결하는 냉각 유로(34)가 형성된 하부 플레이트(31)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 유로(34)는 전지셀(10)들의 길이 방향을 메인 방향으로 형성될 수 있다. 다만 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각 유로(34)가 형성된 방향이, 냉각 유로(34)의 상측에 적층되어 형성된 전지셀(10)들의 길이 방향과 평행한 방향으로 형성되어, 전지셀의 좌우 위치에 따른 냉각 온도 차이가 발생할 수 있다. 이와 같이 냉각 온도 차이가 발생할 경우 전지셀 적층체의 냉각이 균일하게 이루어지지 아니하여 전지 모듈의 전반적인 냉각 성능이 저하될 우려가 있다. 또한, 전지셀 적층체에서 적층되어 있는 전지셀의 개수가 종래 대비 많이 늘어나는 대면적 전지 모듈의 경우, 유로의 폭이 더 넓게 형성될 수 있어 온도 편차가 더 심할 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 유로부(340)의 유동 경로들은, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 경로(340a)들을 모은 제1 경로 집합(I)과, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 경로(340b)들을 모은 제2 경로 집합(II)을 포함한다. 이때, 본 실시예에 따르면, 제1 경로 집합(I)의 총 길이보다, 제2 경로 집합(II)의 총 길이가 더 길게 형성될 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 복수의 전지셀의 길이 방향과 평행하게 흐르는 냉매의 경로보다, 복수의 전지셀들을 가로질러 흐르는 냉매의 경로가 보다 더 길게 형성되도록 함으로써, 전지셀들 간의 온도 편차를 감소시키고 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 온도 편차 감소 및 냉각 성능 샹항 효과는, 본 발명의 일 실시예로서, 유로의 폭이 더 넓게 형성되는 대면적 전지 모듈에서 더 유효하게 나타날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 경로 집합(II)을 형성하는 제2 경로(340b)들은, 전지셀 적층체(100)를 형성하는 복수의 전지셀 중 적어도 두개 이상의 전지셀들의 하측을 지나도록 형성될 수 있다. 또한 인렛(320) 및 아웃렛(330)은 모두 히트 싱크(300)의 일 변에 형성되고, 인렛(320) 및 아웃렛(330)이 형성된 히트 싱크(300)의 일 변은 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향 상에 위치하므로, 인렛(320) 및 아웃렛(330)과 연결되는 경로들은 모두 제1 경로(340a)로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 유로부(340)는 유로부(340)의 양측면을 형성하는 측벽부(343, 344)를 더 포함하고, 측벽부(343, 344)는, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 측벽부(343) 및 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 측벽부(344)를 포함하고, 제2 측벽부(344)의 총 길이는 제1 측벽부(343)의 총 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
측벽부(343, 344)는 냉각 플레이트(310)의 일부를 형성하며, 측벽부(343, 344)의 상단은 모듈 프레임의 바닥부와 용접으로 결합될 수 있다. 측벽부(343, 344) 중 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 측벽부(344)의 길이가 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 측벽부(343)의 길이보다 더 길게 형성되므로, 적어도 두개의 전지셀들의 하측을 가로질러 형성된 제2 측벽부(344)를 통해 복수의 전지셀들의 하중을 효과적으로 지지할 수 있다.
도 10에는 딤플부가 형성된 히트 싱크에 대한 내용이 도시되어 있다.
도 10은 본 발명의 변형예에 따른 딤플부가 형성된 히트 싱크에 흐르는 냉매의 유동 방향을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 유로부(340)의 표면에는 딤플부(360)가 형성될 수 있다. 딤플부(360)를 통해 냉매의 유동을 조절하여 유로부(340)의 부분들 간의 냉각 온도 편차를 최소화시켜 전지 모듈의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 딤플부(360)는 유로부(340)의 표면에서 상측으로 볼록하게 반구형으로 형성된 복수개의 딤플로 형성될 수 있다. 다시 말해, 전지 모듈을 아래에서 위로 바라볼 때, 히트 싱크(300) 하부면이 오목하게 들어간 형상일 수 있다. 복수개의 상기 딤플은 서로 이격되게 형성될 수 있다. 따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 냉매가 복수개의 딤플로 형성된 딤플부(360) 사이를 통과하면서 유동이 고르게 형성되어 최대 냉각 온도, 온도 편차, 열저항 등의 냉각 성능 지표들이 개선될 수 있다.
도 11 및 도 12에는 격벽이 형성된 히트 싱크에 대한 내용이 도시되어 있다.
도 11은 본 발명의 변형예에 따른 격벽이 형성된 히트 싱크에서 냉매가 유동하는 방향을 나타낸 도면이다. 도 12는 본 발명의 변형예에 따른 격벽이 형성된 히트 싱크에서 냉매가 유동하는 방향을 나타낸 도면이다.
도 4, 도 11 및 도 12를 참조하면, 유로부(340)는 유로부(340)가 형성된 방향을 따라 유로부(340)의 내부에 형성된 격벽(350)을 더 포함할 수 있다. 본 변형예에 따른 격벽(350)은 유로부(340)의 유로 길이의 변경 없이 유로부(340)의 폭을 축소시켜 압력 강하를 최소화 하고 동시에 유로 폭 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 격벽(350)의 상단과 냉각 플레이트(310) 상단은 모듈 프레임(205)의 하면과 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.
격벽(350)에 의해, 유동하는 냉매의 압력 강하 및 온도 편차를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 플레이트(310) 외에 격벽(350) 역시 모듈 프레임(205)의 바닥부와 결합하여 모듈 프레임(205) 및 모듈 프레임(205)에 수용된 전지셀 적층체의 하중을 지지하고 전지 모듈의 강성을 보강하는 효과를 가질 수 있다.
격벽(350)은 유로부(340)의 가운데 부분을 따라 인렛(320)에서 아웃렛(330)까지 연장 형성될 수 있다. 이를 통해 인렛(320)으로 유입된 냉매는 격벽(350)을 따라 아웃렛(330)까지 안내될 수 있다.
격벽(350)의 시작점은 인렛(320)에서 이격되어 형성되어, 인렛(320)을 통해 유입된 냉매는 격벽(350)의 시작점에서부터 격벽(350)을 통해 형성된 제1 유로부(341) 및 제2 유로부(342)로 구별되어 흐를 수 있다. 이때 제1 유로부(341) 및 제2 유로부(342)의 폭은 동일하게 형성되고, 제1 유로부(341) 및 제2 유로부(342)의 폭은 인렛(320)에서 아웃렛(340)까지 일정하게 형성될 수 있다. 따라서 제1,2 유로부(341, 342) 중 어느 한 쪽으로 유동이 치우치지 않을 수 있고, 제1,2 유로부(341, 342) 중 한 유로부의 폭이 더 넓거나 하여 발생할 수 있는 유로부 마다의 온도 편차 차이를 최소화할 수 있다. 또한 유로부(340)들의 폭이 일정하게 형성되어 폭이 넓어지거나 줄어들 시 발생할 수 있는 압력 강하 및 온도 편차의 발생 가능성을 최소화할 수 있다.
본 변형예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 냉매는 격벽(350)을 기준으로 형성된 제1,2 유로부(341, 342)로 구별되어 흐르고, 제1 유로부(341)의 유동 경로는, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직인 방향으로 형성된 제1-1 경로(341a)들을 모은 제1-1 경로 집합(I1) 및 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-1 경로(341b)를 모은 제2-1 경로 집합(II1)을 포함할 수 있다. 또한 제2 유로부(342)의 유동 경로는, 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직인 방향으로 형성된 제1-2 경로(342a)들을 모은 제1-2 경로 집합(I2) 및 전지셀 적층체(100)의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-2 경로(342b)를 모은 제2-2 경로 집합(II2)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 경로 집합(I)의 총 길이는 제1-1 경로 집합(I1)의 총 길이와 제1-2 경로 집합(I2)의 총 길이를 더한 길이이고, 제2 경로 집합(II)의 총 길이는 제2-1 경로 집합(II1)의 총 길이와 제2-2 경로 집합(II2)의 총 길이를 더한 길이이며, 제2 경로 집합(II)의 총 길이는 제1 경로 집합(I)의 총 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 이를 통해 냉매가 복수의 전지셀들을 가로질러 흐르는 경로가, 복수의 전지셀의 길이 방향과 평행하게 흐르는 경로보다 더 길게 형성되도록 함으로써, 전지셀들 간의 온도 편차를 감소시키고 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 격벽(350) 또한 제1 경로 집합(I)을 구성하는 경로들이 형성하는 방향으로 형성된 부분과 제2 경로 집합(II)을 구성하는 경로들이 형성하는 방향으로 형성된 부분으로 나누어 볼 수 있으며, 제2 경로 집합(II)을 구성하는 경로들이 형성하는 방향으로 형성된 부분들의 총 길이가 제1 경로 집합(I)을 구성하는 경로들이 형성하는 방향으로 형성된 부분들의 총 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
격벽(350) 중 제2 경로 집합(II)을 구성하는 경로들이 형성하는 방향으로 형성된 부분들은 전지셀 적층체의 복수의 전지셀들의 하측을 가로지르는 방향으로 형성되므로 복수의 전지셀들의 하중을 보다 효과적으로 지지할 수 있다.
도 12는 도 11과 다른 구조의 격벽이 형성된 히트 싱크의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 제2 경로 집합(II)을 형성하는 제2 경로들(341b, 342b) 중 적어도 하나는 전지셀 적층체를 형성하는 복수의 전지셀 모두의 하측을 지나도록 형성될 수 있다. 이 외에도 변형된 격벽 구조를 통해 흐르는 유로부들에 형성된 경로들 중, 복수의 전지셀과 평행한 방향으로 형성된 경로들의 총 길이보다 복수의 전지셀들을 가로지르는 방향으로 형성된 경로들의 총 길이가 더 길도록 다양한 변형예를 가진 유로 및 격벽 구로를 구현해 낼 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지 팩에 포함될 수 있다. 전지 팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
부호의 설명
205: 모듈 프레임 210: 하부 프레임
220: 상부 플레이트 230: 엔드 플레이트
300: 히트 싱크 310: 냉각 플레이트
320: 인렛 330: 아웃렛
340: 유로부 340a: 제1 경로
340b: 제2 경로 341: 제1 유로
341a: 제1-1 경로 341b: 제1-2 경로
342: 제2 유로 342a: 제2-1 경로
342b: 제2-2 경로 343: 제1 측벽부
344: 제2 측벽부 350: 격벽
360: 딤플부 I: 제1 경로 집합
I1: 제1-1 경로 집합 I2: 제1-2 경로 집합
II: 제2 경로 집합 II1: 제2-1 경로 집합
II2: 제2-2 경로 집합

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 하측에 형성되어 상기 복수의 전지셀을 냉각시키는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 히트 싱크는, 하부 플레이트 및 냉매의 유동 경로인 유로부를 포함하고,
    상기 유로부의 유동 경로는,
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 경로들을 모은 제1 경로 집합; 및
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 경로들을 모은 제2 경로 집합을 포함하고,
    상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제1 경로 집합의 총 길이보다 더 길게 형성된 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 경로 집합을 형성하는 상기 제2 경로들은, 상기 전지셀 적층체를 형성하는 복수의 전지셀 중 적어도 두개 이상의 전지셀들의 하측을 지나도록 형성된 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 경로 집합을 형성하는 상기 제2 경로들 중 적어도 하나는 상기 전지셀 적층체를 형성하는 복수의 전지셀 모두의 하측을 지나도록 형성된 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 히트 싱크는 상기 냉매가 유입되는 인렛과 상기 냉매가 유출되는 아웃렛을 더 포함하고,
    상기 인렛과 상기 아웃렛은 모두 상기 히트 싱크의 일 변에 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 인렛 및 상기 아웃렛과 연결되는 경로들은 모두 제1 경로인 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 유로부는 상기 유로부가 형성된 방향을 따라 상기 유로부의 내부에 형성된 격벽을 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 냉매는 상기 격벽을 기준으로 형성된 제1,2 유로부로 구별되어 흐르고,
    상기 제1 유로부의 유동 경로는,
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1-1 경로들을 모은 제1-1 경로 집합; 및
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-1 경로들을 모은 제2-1 경로 집합을 포함하고,
    상기 제2 유로부의 유동 경로는,
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1-2 경로들은 모은 제1-2 경로 집합; 및
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2-2 경로들을 모은 제2-2 경로 집합을 포함하고,
    상기 제1 경로 집합의 총 길이는 상기 제1-1 경로 집합의 총 길이와 상기 제1-2 경로 집합의 총 길이를 더한 길이이고,
    상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제 2-1 경로 집합의 총 길이와 상기 제2-2 경로 집합의 총 길이를 더한 길이이며,
    상기 제2 경로 집합의 총 길이는 상기 제1 경로 집합의 총 길이보다 더 길게 형성된 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 유로부는 양측면을 형성하는 측벽부를 더 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 측벽부는,
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향으로 형성된 제1 측벽부; 및
    상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 평행한 방향으로 형성된 제2 측벽부를 포함하고,
    상기 제2 측벽부의 총 길이는 상기 제1 측벽부의 총 길이보다 더 길게 형성된 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 유로부의 표면에는 딤플부가 형성된 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 유로부는 상기 하부 플레이트에서 하측으로 함몰 형성된 구조로 형성되고, 상기 유로부의 상측은 상기 모듈 프레임의 바닥부에 의해 커버되며, 상기 유로부와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 공간으로 상기 냉매가 유동하는 전지 모듈.
  12. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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