WO2012102496A2 - 조립 생산성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

조립 생산성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cooling member having an improved assembly productivity and a battery module including the same. More specifically, the battery module or the plurality of battery modules in which a plurality of unit modules consisting of one or more battery cells are arranged side by side is provided.
  • a cooling member mounted on an upper or lower portion of the arranged battery pack to remove heat generated from the battery cell during charging and discharging, the heat conducting medium consisting of upper and lower upper and lower plates;
  • a refrigerant conduit comprising a first conduit mounted between the upper plate and the lower plate, and a second conduit integrally connected to the first conduit and positioned on the front and / or rear of the battery module or the battery pack. It relates to a cooling member consisting of a structure.
  • the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle that has been proposed as a solution for air pollution of existing gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. It is attracting attention as a power source such as (Plug-In HEV).
  • One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used in medium and large devices such as automobiles due to the necessity of high output capacity.
  • the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight
  • the rectangular battery, the pouch-type battery, etc. which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module.
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy form deformation.
  • the battery cells constituting the medium-large battery module are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat during the charging and discharging process.
  • the laminate sheet of the pouch-type battery widely used in the battery module is coated with a low thermal conductivity polymer material, it is difficult to effectively cool the temperature of the entire battery cell.
  • a medium-large battery pack for a vehicle including a plurality of medium-large battery modules and a high-output large-capacity battery requires a cooling system for cooling the battery cells embedded therein.
  • a battery module mounted in a medium-large battery pack is generally manufactured by stacking a plurality of battery cells with high density, and stacking adjacent battery cells at regular intervals to remove heat generated during charging and discharging.
  • the battery cells themselves are sequentially stacked while being spaced at predetermined intervals without a separate member, or in the case of battery cells having low mechanical rigidity, one or more combinations are built in a cartridge or the like to form a unit module and such a unit.
  • a plurality of modules can be stacked to form a battery module.
  • the separate cartridge has the advantage of increasing mechanical rigidity, but the size of the entire battery module is increased.
  • the coolant flow path is formed between the battery cells or the battery modules so that heat accumulated between the stacked battery cells or the battery modules can be effectively removed.
  • the cooling structure is a water-cooled cooling system
  • a method in which a refrigerant conduit passes through an integral heat conducting medium is mainly used.
  • the cooling of the structure of fastening the heat sink connecting portion which is connected to the pipeline to inject the refrigerant into the flow path inside the heat sink into a protruding shape, and then tightening the heat sink connecting portion to the pipeline by a forced fitting. Use the member.
  • the cooling member of the above structure has a problem in that, in the case of the bundle structure having multiple pipelines, it is difficult to insert the heat sink connecting portions into the pipelines, and leakage occurs at the fastening portions.
  • an object of the present invention to solve the above problems, to separate the heat conduction medium into the upper plate and the lower plate, to mount a first conduit between the upper plate and the lower plate, the front of the battery pack and / or It is to provide a cooling member comprising a second conduit located in the rear.
  • Another object of the present invention is to integrally connect the first conduit and the second conduit, eliminating the need for a separate first conduit and the second conduit to improve the assembly productivity and assembly reliability, the first conduit and the second conduit It is to provide a cooling member to prevent leakage at the connection portion of the conduit.
  • Cooling member for achieving this purpose, the battery module or a plurality of unit modules consisting of one or more battery cells are arranged on the side or the upper or lower portion of the battery pack is arranged in the side As a cooling member mounted to remove heat generated from the battery cell during charging and discharging,
  • a heat conduction medium formed of an upper plate and a lower plate disposed on an upper side or a lower side of the battery module or the battery pack and separated from each other;
  • a refrigerant conduit consisting of a second conduit;
  • Consists of a structure that includes.
  • the cooling member according to the present invention since the heat conduction medium is vertically separated and the first conduit and the second conduit are integrally connected, as described above, the leakage of the leak occurs at the connection between the first conduit and the second conduit The problem can be effectively prevented.
  • the first conduit is composed of at least two or more pipes, it is possible to improve the cooling efficiency of the battery module or battery pack compared to the structure of the first conduit consisting of one pipe.
  • the second conduit has a structure located on the front and rear of the battery module or the battery pack, respectively, and the refrigerant introduced into one second conduit cools the heat conducting medium while passing through the first conduit. It is moved to another second conduit, in which the heat conduction medium cools the battery module.
  • the refrigerant introduced into the second conduit has a faster flow rate than the second conduit while passing through the first conduit, thereby cooling the battery module or the battery pack.
  • the efficiency can be improved.
  • the second conduit may have a size of 2 to 5 times the diameter of the first conduit. If the diameter of the second conduit is less than twice the diameter of the first conduit, it may be difficult to increase the flow rate of the refrigerant of the second conduit to a desired level. If the diameter of the second conduit exceeds 5 times, the overall size of the battery module or the battery pack increases. Therefore, it is not preferable. However, if the size can exert the above-described effect, it may be possible that a range outside of the size condition may be possible.
  • the first conduit and the second conduit are not particularly limited as long as the refrigerant can flow effectively.
  • the first conduit and the second conduit are hydrodynamically preferable.
  • the refrigerant conduit is preferably made of a thermally conductive corrosion resistant material, it is possible to prevent corrosion by moisture even if the refrigerant flows through the refrigerant conduit.
  • the heat conduction medium may be a heat sink, which refers to an object that absorbs and dissipates heat from another object by thermal contact.
  • the grooves having a shape corresponding to the first conduit are formed in the longitudinal direction of the heat conducting medium in the portion where the first conduit is mounted in the upper plate and the lower plate. It can be easily mounted in the indentation grooves respectively formed in the lower plate.
  • the heat conduction medium may be formed in various forms and arrangements, for example, each battery module or a battery pack unit. That is, the heat conduction medium may have a separate type in a battery module unit or an integrated type in a battery pack unit.
  • the cooling member may have a structure that further includes a cooling fin that can be interposed between the unit modules in a state that both sides are in close contact with each of the unit modules, in this case, the refrigerant to the first conduit and the second conduit While flowing, the heat of cooling is sequentially transmitted to the heat conducting medium and the cooling fins, and the heat of cooling can effectively cool the unit modules.
  • the cooling fin may be a structure that is bent in a shape that is in surface contact with the heat conducting medium.
  • the cooling fins are interposed between the unit modules, since the cooling fins are in surface contact with the heat conducting medium, the heat dissipation effect by the heat conduction can be maximized.
  • the cooling fin is not particularly limited as long as it is in a shape that can be in close contact with the unit modules, for example, it is made of a "b" shape, or "T" shape in the vertical section from the heat conducting medium Cooling heat can be effectively transmitted to the unit modules.
  • the "T" shape may be formed by a combination of the "1" shape and the "T shape”.
  • the cooling fin is not particularly limited as long as the material has excellent thermal conductivity for the expression of high cooling efficiency.
  • the cooling fin may be made of a metal material having high thermal conductivity.
  • the battery cell is preferably a plate-shaped secondary battery having a thin thickness and a relatively wide width and length so as to minimize the overall size when stacked for the configuration of the battery module.
  • Preferred examples of such a plate-shaped secondary battery include a rectangular secondary battery and a pouch-type secondary battery, among which an electrode assembly is embedded in an electrode assembly accommodating portion formed in a battery case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer.
  • a pouch type secondary battery having a sealing portion (“ outer circumferential surface sealing portion ”) sealed on the outer circumferential surface of the electrode assembly accommodating portion.
  • the refrigerant is not particularly limited as long as the refrigerant flows easily in the refrigerant conduit and has excellent cooling property.
  • the refrigerant may be water capable of maximizing cooling efficiency due to high latent heat.
  • the present invention also provides a battery module comprising the cooling member.
  • the battery module according to the present invention has a structure in which a plurality of unit modules consisting of one or more battery cells are arranged side by side, and the cooling member is configured to be mounted on the top or bottom of the battery module. That is, the battery module can be configured to greatly improve the cooling efficiency and to improve the assemblability by the heat conduction medium and the refrigerant conduit of the cooling member.
  • the present invention also provides a battery pack in which a plurality of the battery modules are arranged side by side.
  • the battery pack includes a plurality of battery modules to achieve a high output large capacity, the electric vehicle, hybrid electric vehicle, plug-in hybrid electric vehicle, or power storage device in which high heat generated during charging and discharging seriously emerges in terms of safety Can be preferably used for power supply such as
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a structure in which an upper plate is mounted on a lower plate in the battery module of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged view of a cooling member in the battery module of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an AA ′ portion of the battery module of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cooling fin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 and 7 are perspective views of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of the cooling member of FIG. 6;
  • FIG. 9 is a perspective view of one exemplary plate-shaped battery cell mounted to the battery module of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing a structure in which the upper plate is mounted on the lower plate in the battery module of Figure 1 It is.
  • FIG. 3 is an enlarged view schematically showing a cooling member in the battery module of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional schematic view of the battery module of FIG. 2 viewed from the front.
  • the electrode terminals of the battery cell are not shown for convenience.
  • the battery module 80 has three unit modules 12 consisting of a pair of battery cells 10 are arranged side by side, the cooling member 62 on the upper surface of the battery module 80 Is equipped.
  • the cooling member 62 is positioned above the battery module 80, and the heat conduction medium consisting of an upper plate 60 and a lower plate 50 separated up and down, and a first conduit 40 having a hollow structure through which a refrigerant flows. ) And a second conduit (30).
  • the first conduit 40 is mounted between the upper plate 60 and the lower plate 50, and the second conduit 30 is integrally connected with the first conduit 40 to front the battery module 80. It is located at the back and rear respectively.
  • the first conduit 40 is composed of two pipes, the second conduit 30 has a larger diameter than the first conduit 40, approximately three times the diameter of the first conduit 40 It consists of the size of.
  • the first conduit 40 and the second conduit 30 are circular in vertical section and are made of a corrosion resistant material to prevent corrosion due to the refrigerant.
  • the indentation groove 52 having a shape corresponding to the first conduit 40 has the longitudinal direction L of the heat conducting medium at the site where the first conduit 40 is mounted in the upper plate 60 and the lower plate 50.
  • the upper plate 60 and the lower plate 50 by covering the upper plate 60 with the lower plate 50 in a state where the first conduit 40 is mounted in the indentation groove 52 of the lower plate 50. Joining of the plate 50 is achieved.
  • the cooling fins 20 are interposed between the unit modules 12 in a state in which both sides are in close contact with the unit modules 12, respectively, and is bent in a shape that is in surface contact with the heat conducting medium.
  • the cooling fin 20 has a shape of "a" on a vertical section and is made of a thermally conductive metal plate.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a cooling fin according to another embodiment of the present invention.
  • the cooling fin is the same as the structure of FIG. 4 except for a combination of a “T” shape 24 and a “1” shape 22 in a vertical section, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 6 and 7 are perspective views of a battery pack according to still another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view of the cooling member of FIG. 6.
  • the battery pack 200 of FIG. 6 has four battery modules of FIG. The heat generated from the battery cell is removed.
  • the cooling member 90 includes a heat conduction medium consisting of four upper plates 92 and a lower plate 94, and eight first conduits 98 and a pair of second conduits 96.
  • the battery pack 200a of FIG. 7 is the same as the battery pack 200 of FIG. 6 except that the heat conduction medium includes one upper plate 90a and a lower plate 94a, detailed description thereof will be omitted. .
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing one exemplary plate-shaped secondary battery mounted to the battery module of the present invention.
  • the plate-shaped secondary battery 100 has a structure in which two electrode leads 110 and 120 face each other and protrude from an upper end portion and a lower end portion of the battery case 130.
  • the battery case 130 is a laminate sheet including a metal layer and a resin layer.
  • the battery case 130 has an upper / lower unit and an electrode assembly having an anode / separation membrane / cathode structure in an electrode assembly accommodating part 140 formed on an inner surface thereof (not shown).
  • the sealing unit 150 is formed by sealing the both side surfaces 150b, the outer circumferential surface of the electrode assembly accommodating part 140, the upper end 150a, and the lower end 150c by heat fusion, thereby forming the sealing part 150. ) Is made.
  • the electrode leads 110 and 120 may be formed in consideration of the thickness of the electrode leads 110 and 120 and the heterogeneity with the material of the battery case 130. It is comprised by the structure heat-sealed in the state which interposed the film-like sealing member 160 between the leads 110 and 120. FIG.
  • the cooling member according to the present invention separates the heat conduction medium into the upper plate and the lower plate, and between the first conduit and the battery module or between the front plate and / or the battery pack mounted between the upper plate and the lower plate.

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 일체형으로 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;을 포함하는 구조로 이루어진 냉각부재를 제공한다.

Description

조립 생산성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈
본 발명은 조립 생산성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서, 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 일체형으로 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;을 포함하는 구조로 이루어진 냉각부재에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 중대형 전지모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
따라서, 중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하여 단위모듈을 구성하고 이러한 단위모듈들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 별도의 카트리지는 기계적 강성이 높아지는 장점이 있지만, 전지모듈 전체의 크기가 커지게 된다.
또한, 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매용 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
특히, 상기 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 일체형인 열전도 매개체를 냉매 도관이 경유하는 방식이 주로 사용되고 있다.
구체적으로는, 히트 싱크 내부의 유로에 냉매를 주입하기 위해 파이프 라인과 연결되는 히트 싱크 연결부위를 돌출형으로 제작한 후 파이프 라인에 히트 싱크 연결부위를 돌려 끼우는 강제 피팅에 의해 체결하는 구조의 냉각부재를 사용한다.
그러나, 상기 구조의 냉각부재는 파이프 라인이 여러 개인 다발 구조의 경우 히트 싱크 연결부위를 각각 파이프 라인에 강제 피팅시 삽입이 어렵고 체결부위에서 누수가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 누수를 효과적으로 방지하면서도 장기적으로 내구 신뢰성이 보장되고 조립생산성을 향상시키는 냉각부재 및 이를 이용하는 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
이와 관련하여 본 발명의 목적은, 상기 문제점들을 해결할 수 있도록, 열전도 매개체를 상부 플레이트와 하부 플레이트로 분리하고, 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 제 1 도관을 장착하며, 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관을 포함하는 냉각부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제 1 도관과 제 2 도관을 일체형으로 연결함으로써 별도의 제 1 도관과 제 2 도관의 결합 작업이 필요 없게 되어 조립 생산성 및 조립 신뢰성을 향상시키고, 제 1 도관과 제 2 도관의 연결부위에서 누수를 방지하는 냉각부재를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각부재는, 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서,
전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및
냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 일체형으로 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;
을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 냉각부재는 열전도 매개체가 상하 분리되어 있고 제 1 도관과 제 2 도관이 일체형으로 연결되어 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 도관과 제 2 도관의 연결부위에서 발생하는 누수에 대한 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 종래의 냉각부재와 같이 열전도 매개체와 제 1 도관을 연결하기 위해 열전도 매개체의 일부에 별도의 체결부를 형성할 필요가 없으므로 냉각부재의 조립생산성 및 조립 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 도관은 적어도 둘 또는 그 이상의 파이프로 이루어져 있어서, 제 1 도관이 하나의 파이프로 이루어진 구조와 비교하여 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율성을 향상시킬 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 2 도관은 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및 후면에 각각 위치하고 있는 구조로 이루어져 있어서, 하나의 제 2 도관으로 유입된 냉매는 제 1 도관을 경유하면서 열전도 매개체를 냉각시킨 후 다른 제 2 도관으로 이동하게 되며, 이러한 과정에서 열전도 매개체는 전지모듈을 냉각시키게 된다.
바람직하게는, 상기 제 2 도관은 제 1 도관보다 직경이 큰 구조로 이루어져 있어서, 제 2 도관으로 유입된 냉매는 제 1 도관을 경유하면서 제 2 도관보다 유속이 빨라지므로 전지모듈 또는 전지팩의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제 2 도관은 제 1 도관의 직경을 기준으로 2 배 내지 5 배의 크기를 가질 수 있다. 제 2 도관의 직경이 제 1 도관의 직경을 기준으로 2 배 미만이면 소망하는 수준으로 제 2 도관의 냉매의 유속을 높이기 어려울 수 있고, 5 배를 초과하면 전체적인 전지모듈 또는 전지팩의 크기가 커지므로 바람직하지 않다. 그러나, 앞서 설명한 효과를 발휘할 수 있는 크기라면, 상기 크기 조건을 벗어나는 범위도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 제 1 도관과 제 2 도관은 냉매가 효과적으로 유동할 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 수직단면상 원형으로 이루어지는 것이 유체 역학적으로 바람직하다.
한편, 상기 냉매 도관은 바람직하게는 열전도성의 내식성 소재로 이루어져 있어서, 냉매가 냉매 도관을 흐르더라도 수분에 의한 부식을 방지할 수 있다.
상기 열전도 매개체는 히트 싱크일 수 있으며, 히트 싱크는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 제 1 도관에 대응하는 형상을 가진 만입홈이 열전도 매개체의 길이 방향으로 형성되어 있어서, 제 1 도관을 상부 플레이트와 하부 플레이트에 각각 형성되어 있는 만입홈에 용이하게 장착할 수 있다.
상기 열전도 매개체는 다양한 형태 및 배열이 가능한 바, 예를 들어, 각각의 전지모듈 또는 전지팩 단위로 이루어질 수 있다. 즉, 열전도 매개체는 전지모듈 단위로 분리형이거나 전지팩 단위로 일체형을 가질 수 있다.
한편, 상기 냉각부재는 양면이 단위모듈들에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들 사이에 개재될 수 있는 냉각핀을 더 포함하는 구조일 수 있으며, 이 경우, 냉매는 제 1 도관 및 제 2 도관으로 유동하면서 냉각열을 열전도 매개체 및 냉각핀에 순차적으로 전달하고, 이러한 냉각열에 의해 단위모듈들을 효과적으로 냉각할 수 있다.
상기 구조의 바람직한 예에서, 상기 냉각핀은 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 단위모듈들 사이에 냉각핀을 개재하였을 때, 냉각핀이 열전도 매개체에 면접촉하고 있으므로, 열전도에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다.
상기 구조의 또 다른 예에서, 상기 냉각핀은 단위모듈들에 밀착될 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 수직단면상 "ㄱ"자형, 또는 "T"자형으로 이루어지는 것이 열전도 매개체로부터의 냉각열을 단위모듈들에 효과적으로 전달할 수 있다.
구체적으로, "T"자형 구조는 "1"자형과 "T자"형의 조합으로 이루어질 수도 있다.
상기 냉각핀은 높은 냉각 효율성의 발현을 위한 열전도성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 높은 열전도성을 가진 금속 소재로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 이차전지가 바람직하다. 이러한 판상형 이차전지의 바람직한 예로는, 각형 이차전지와 파우치형 이차전지를 들 수 있으며, 그 중에서도, 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 전극조립체 수납부에 전극조립체가 내장되어 있고 전극조립체 수납부의 외주면에는 열융착에 의해 밀봉된 실링부("외주면 실링부")를 형성하고 있는 파우치형 이차전지가 특히 바람직하다.
한편, 상기 냉매는 냉매 도관에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 냉각부재를 포함하고 있는 전지모듈을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 냉각부재가 전지모듈의 상부 또는 하부에 장착되어 있는 구조로 이루어진다. 즉, 상기 냉각부재의 열전도 매개체와 냉매 도관에 의해 냉각 효율을 크게 향상시킴과 동시에 조립성이 향상된 전지모듈을 구성할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 전지모듈들을 포함함으로써, 충방전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치의 등의 전원에 바람직하게 사용될 수 있다
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈에서 상부 플레이트가 하부 플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈에서 냉각부재의 확대도이다;
도 4는 도 2의 전지모듈의 A-A'부위를 나타내는 단면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 단면 모식도이다;
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이다;
도 8은 도 6의 냉각부재의 사시도이다;
도 9는 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 전지셀의 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지모듈에서 상부 플레이트가 하부 플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
또한, 도 3에는 도 1의 전지모듈에서 냉각부재의 확대도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 전지모듈을 전면에서 바라본 단면 모식도가 도시되어 있다. 이들 도면에서 편의상 전지셀의 전극단자들은 표시하지 않았다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(80)은 한 쌍의 전지셀들(10)로 이루어진 단위모듈들(12) 3개가 측면으로 배열되어 있고, 전지모듈(80)의 상면에는 냉각부재(62)가 장착되어 있다.
냉각부재(62)는 전지모듈(80)의 상부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)로 이루어진 열전도 매개체, 및 냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어진 제 1 도관(40)과 제 2 도관(30)을 포함하고 있다.
제 1 도관(40)은 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 사이에 장착되어 있고, 제 2 도관(30)은 제 1 도관(40)과 일체형으로 연결되어 전지모듈(80)의 전면과 후면에 각각 위치하고 있다.
또한, 제 1 도관(40)은 2개의 파이프로 이루어져 있고, 제 2 도관(30)은 제 1 도관(40)보다 직경이 큰 구조로서, 대략 제 1도관(40)의 직경을 기준으로 3배의 크기로 이루어져 있다.
제 1 도관(40)과 제 2 도관(30)은 수직단면상 원형이고, 냉매로 인해 부식되는 것을 방지하기 위해 내식성의 소재로 이루어져 있다.
또한, 제 1 도관(40)에 대응하는 형상을 가진 만입홈(52)이 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)에서 제 1 도관(40)이 장착되는 부위에 열전도 매개체의 길이 방향(L)으로 형성되어 있어서, 제 1 도관(40)이 하부 플레이트(50)의 만입홈(52)에 장착된 상태에서 상부 플레이트(60)를 하부 플레이트(50)에 덮음으로써 상부 플레이트(60)와 하부 플레이트(50)의 결합이 달성된다.
한편, 냉각핀(20)은 양면이 단위모듈들(12)에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들(12) 사이에 개재되어 있고, 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있다.
냉각핀(20)은 수직단면상 "ㄱ"자형의 형상을 가지고 있고, 열도전성 금속 판재로 이루어져 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각핀의 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면 냉각핀은 수직 단면상 "T"자형(24)과 "1"자형(22)의 조합으로 이루어진 것을 제외하고는 도 4의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있고, 도 8에는 도 6의 냉각부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 6의 전지팩(200)은 도 1의 전지모듈들 4개가 측면으로 배열되어 있고, 냉각부재(90)가 전지모듈 별로 전지모듈의 상부에 각각 장착되어 있어서 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하고 있다.
냉각부재(90)는 4개의 상부 플레이트(92)와 하부 플레이트(94)로 이루어진 열전도 매개체, 및 8개의 제 1 도관(98)과 한 쌍의 제 2 도관(96)을 포함하고 있다.
도 7의 전지팩(200a)은 열전도 매개체가 1개의 상부 플레이트(90a)와 하부 플레이트(94a)로 이루어진 점을 제외하고는 도 6의 전지팩(200)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9에는 본 발명의 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 판상형 이차전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 판상형 이차전지(100)는, 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지케이스(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(130)는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 전극조립체 수납부(140)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 전극조립체 수납부(140)의 외주면인 양측면(150b)과 상단부(150a) 및 하단부(150c)를 열융착에 의해 밀봉시킴으로써 실링부(150)를 형성하여 이차전지(100)가 만들어진다.
상단부(150a)와 하단부(150c)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 전지케이스(130) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각부재는, 열전도 매개체를 상부 플레이트와 하부 플레이트로 분리하고 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 장착된 제 1 도관과 전지모듈의 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관을 일체형으로 연결한 구조를 가짐으로써, 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 제 1 도관과 제 2 도관의 연결부위에서 발생하는 누수의 문제점을 해결하고, 보다 조립 생산성 및 조립 신뢰성이 향상된 전지모듈 또는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 냉매에 대한 내식성이 냉각부재의 일부 구성요소인 냉매 도관에만 요구되므로 전반적인 제조비용이 저렴하다는 장점을 가진다.

Claims (19)

  1. 하나 이상의 전지셀들로 이루어진 단위모듈 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 또는 다수의 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 상부 또는 하부에 장착되어 충방전시 전지셀로부터 발생하는 열을 제거하는 냉각부재로서,
    전지모듈 또는 전지팩의 상부 또는 하부에 위치하고 상하 분리된 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어진 열전도 매개체; 및
    냉매가 내부에서 유동되는 중공 구조로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 장착되어 있는 제 1 도관과, 상기 제 1 도관과 일체형으로 연결되어 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및/또는 후면에 위치하고 있는 제 2 도관으로 이루어진 냉매 도관;
    을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도관은 적어도 둘 또는 그 이상의 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도관은 전지모듈 또는 전지팩의 전면 및 후면에 각각 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도관은 제 1 도관보다 직경이 큰 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도관과 제 2 도관은 수직단면상 원형인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 도관은 내식성의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 매개체는 히트 싱크인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트에서 제 1 도관이 장착되는 부위에는 제 1 도관에 대응하는 형상을 가진 만입홈이 열전도 매개체의 길이 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 매개체는 각각의 전지모듈 또는 전지팩 단위로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부재는 양면이 단위모듈들에 각각 밀착된 상태로 단위모듈들 사이에 개재될 수 있는 냉각핀을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각핀은 열전도 매개체에 면 접촉하는 형상으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각핀은 수직단면상 "ㄱ"자형 또는 "T"자형인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각핀은 열도전성 금속 판재인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 이차전지인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 판상형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 냉각부재를 포함하고 있는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 따른 전지모듈들 다수 개가 측면으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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