KR101671483B1 - Battery Module having Cartridge Stacking Structure with Coolant Flow Channel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 이상의 단위셀들이 카트리지들에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈로서, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해 전극단자들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 연결 구조를 형성하며, 상기 각각의 단위셀 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, 상기 카트리지들의 내측에는 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 리브(rib)가 형성되어 있고, 상기 카트리지들의 측면에는 상기 냉매 유로와 연통되는 개구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention relates to a battery module having a structure in which two or more unit cells are fixed to cartridges and stacked, the unit cells having electrode terminals formed on one side and the cartridges for fixing the unit cells, Wherein the electrode terminals are connected in series or in parallel by bus bars mounted on the cartridges to form a unit cell connection structure in each of the cartridges, A plurality of cartridges are stacked so that the cell connection structures are arranged in a height direction from a ground surface, ribs for supporting unit cells are formed on the inside of the cartridges while forming refrigerant flow paths, Wherein the battery module is provided with openings communicating therewith do.
Description
본 발명은 냉매 유로가 형성된 카트리지 적층 구조를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module including a cartridge laminate structure in which a coolant passage is formed.
충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 또한 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 동력원으로도 사용되고 있다.Rechargeable rechargeable batteries are widely used as energy sources for wireless mobile devices, and electric vehicles (EVs), which are proposed as solutions for the air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels ), Hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (Plug-In HEVs).
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 전지모듈이 사용된다.In a small mobile device, one or a few battery cells are used per device, while a large and medium-sized device such as an automobile uses a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected to each other due to the necessity of a high output large capacity.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 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.Since the battery module is preferably manufactured with a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, or the like, which can be charged with high integration density and have a small weight to capacity, is mainly used as a battery cell (unit cell) of a battery module. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.
파우치형 전지는 전지케이스의 강성이 낮으므로, 별도의 셀 커버를 장착한 상태로 전지모듈에 탑재된다. 즉, 외부충격 또는 진동에 대한 내구성을 확보하고 전지의 유동을 방지하도록 셀 커버를 장착한 상태로 적층시켜 전지모듈을 구성하는 구조를 사용하였다. 그러나, 셀 커버의 추가에 의해 전지모듈의 조립 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가하며, 전지모듈의 부피 또한 늘어난다는 문제점이 있었다. Since the pouch type battery has low rigidity of the battery case, it is mounted on the battery module with a separate cell cover mounted. That is, the battery module is constructed by stacking the cell cover in a state in which the cell cover is mounted so as to ensure durability against external shock or vibration and to prevent the battery from flowing. However, the process of assembling the battery module is complicated by the addition of the cell cover, the manufacturing cost is increased, and the volume of the battery module is also increased.
또한, 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 어렵다.Also, since the battery cells constituting the battery module are composed of a rechargeable secondary battery, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat in the charging and discharging process. Particularly, since the laminate sheet of the pouch-type battery widely used in the battery module is coated with a polymer material having a low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the entire battery cell.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지모듈에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation may occur, thereby accelerating the deterioration of the battery module and possibly causing ignition or explosion. Therefore, a high-capacity, large-capacity battery module requires a cooling system that cools the battery cells built therein.
이러한 냉각 시스템은 주로 냉매를 전지모듈의 내부로 강제 순환시켜 전지셀로부터 열을 제거하는 방식, 즉, 전지모듈을 구성하는 전지셀 또는 단위모듈의 표면에 대한 냉매의 접촉식 냉각 방식을 취하고 있다. 냉매로는 주로 공기와 같은 기체가 사용되므로, 전체적으로 접촉식 공냉 냉각 방식으로 이루어져 있다.Such a cooling system mainly adopts a method of forcibly circulating a refrigerant to the inside of the battery module to remove heat from the battery cell, that is, a contact type cooling method of the refrigerant on the surface of the battery module or the unit module constituting the battery module. As the refrigerant mainly uses air such as air, it is formed as a whole by the contact type air cooling method.
그러나, 전지모듈의 냉각 시스템은 전지모듈을 구성하는 각각의 전지셀들로 냉매가 고르게 효율적으로 도달할 수 있도록 구성되어야 하므로, 냉각 효율을 높일 수 있는 다수의 부재를 사용하여 전지모듈을 제조하는 경우, 전지모듈의 크기와 제조비용의 증가를 유발하는 주요 요인이 된다. 또한, 전지모듈과 같은 크기가 큰 전지 시스템은 EV, HEV 등과 같이 한정된 탑재 공간에 적용되기가 용이하지 않으므로, 더욱 콤팩트 하면서 높은 냉각 효율을 제공할 수 있는 냉각 시스템에 대한 필요성이 높은 실정이다.However, since the cooling system of the battery module must be configured so that the refrigerant can reach the respective battery cells constituting the battery module evenly and efficiently, when the battery module is manufactured using a plurality of members capable of increasing the cooling efficiency , Which leads to an increase in the size and manufacturing cost of the battery module. In addition, since the battery system having the same size as the battery module is not easily applied to a limited space such as EV, HEV, etc., there is a high need for a cooling system capable of providing a more compact and high cooling efficiency.
그러나, 종래의 전지모듈은 냉각 핀에 냉매가 유동할 수 있는 간극을 형성시키기 위해, 다수의 성형공정인 압연(stamping), 굽힘(bending), 단조, 주조 등을 수행하였고, 이에 따라 전지모듈의 냉각 핀의 성형이 매우 복잡해지고, 이를 위한 다수의 성형장치들이 요구됨에 따라 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.However, in the conventional battery module, many molding processes such as stamping, bending, forging, casting and the like have been performed in order to form a gap through which the refrigerant can flow to the cooling fin, The molding of the cooling fin becomes very complicated, and a large number of molding apparatuses for this purpose are required, which raises the manufacturing cost.
따라서, 냉각 효율이 우수할 뿐만 아니라, 공정이 간단하고, 제조비용을 절감할 수 있는 심플한 구조의 냉각 시스템을 구비한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a battery module having a simple cooling system that not only has excellent cooling efficiency, but is simple in process and can reduce manufacturing cost.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀에 장착되는 셀커버를 생략하여 제조 비용을 절감하고, 조립공정성을 향상시키는 전지모듈을 제공하는 것이다. Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery module that omits a cell cover mounted on a battery cell, thereby reducing manufacturing cost and improving assembling processability.
또한, 본 발명의 목적은 냉각 구조를 개선하여 냉각 효율을 향상시키는 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다.. It is another object of the present invention to provide a battery module having a structure for improving the cooling structure to improve the cooling efficiency.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,According to an aspect of the present invention,
둘 이상의 단위셀들이 카트리지들에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈로서, A battery module having a structure in which two or more unit cells are fixed to cartridges and stacked,
전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들을 포함하고 있으며;Unit cells having electrode terminals formed on one side thereof, and cartridges for fixing the unit cells, respectively;
상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해 전극단자들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 연결 구조를 형성하며;Wherein the unit cells are mounted on the cartridges so that the electrode terminals face each other and the electrode terminals are connected in series or in parallel by bus bars mounted on the cartridges to form a unit cell connection structure in each of the cartridges;
상기 각각의 단위셀 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고, Cartridges are stacked such that each of the unit cell connection structures is arranged in a height direction from the ground,
상기 카트리지들의 내측에는 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 리브(rib)가 형성되어 있고, 상기 카트리지들의 측면에는 상기 냉매 유로와 연통되는 개구들이 천공되어 있는 구조로 형성될 수 있다. Ribs for supporting the unit cells may be formed on the inside of the cartridges while forming openings for communicating with the refrigerant flow paths on the sides of the cartridges.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은, 단위셀들이 카트리지들에 각각 고정된 상태로 적층되며, 카트리지에 형성된 개구를 통해 냉매가 유동하면서 단위셀의 표면을 냉각시키는 구조로 형성될 수 있다. That is, the battery module according to the present invention can be formed in a structure in which the unit cells are stacked on the cartridges, respectively, and the surface of the unit cells is cooled while the coolant flows through the openings formed in the cartridges.
따라서, 단위셀들을 냉각시키기 위한 냉각핀이 필요하지 않으며, 단위셀의 셀커버도 생략이 가능하므로, 부품의 수를 감소시켜 제조비용을 절감하고 제조공정성을 향상시킬 수 있는 구조를 제공한다. 또한, 셀커버 생략에 따라 냉매 유로 공간을 더욱 확보하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, a cooling fin for cooling the unit cells is not required, and the cell cover of the unit cell can be omitted, thereby reducing the number of parts, thereby reducing the manufacturing cost and improving the manufacturing processability. In addition, by omitting the cell cover, the refrigerant flow path space can be further secured and the cooling efficiency can be improved.
하나의 구체적인 예에서, 상기 카트리지에는 2개의 단위셀들이 서로 전극단자들이 대면하도록 각각 장착되는 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the cartridge may have a structure in which a first unit cell mounting portion and a second unit cell mounting portion, in which two unit cells are mounted so that electrode terminals face each other, may be formed.
상기 단위셀 연결 구조들은 적층된 상태로 상호 고정되는 구조일 수 있으며, 예를 들어, 상기 단위셀 연결 구조에 포함되는 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지가 상호 결합될 수 있다. 즉, 카트리지를 적층한 후 상기 카트리지들의 체결홈에 상기 체결부재를 삽입하여 통과시키는 구조로 결합될 수 있다.The unit cell connection structures may be mutually fixed in a stacked state. For example, protrusions having fastening grooves are formed on both sides of the cartridge included in the unit cell connection structure, and the fastening grooves The cartridge can be coupled to each other by the penetrating fastening member. That is, after the cartridges are stacked, the fastening members may be inserted into the fastening grooves of the cartridges to allow them to pass therethrough.
이러한 구조에서, 카트리지들 사이에 안정적인 결합 구조를 제공하기 위하여, 상기 카트리지의 양 측면의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열될 수 있다. 이 때, 상기 개구는 상호 인접한 돌출부들 사이에 각각 개구가 형성될 수 있다. In this structure, in order to provide a stable coupling structure between the cartridges, the protrusions on both sides of the cartridge can be arranged symmetrically with respect to the center of the cartridge. At this time, the openings may be respectively formed with openings between adjacent projecting portions.
경우에 따라서, 상기 카트리지의 중앙에 추가 체결홈이 형성될 수 있으며, 상기 추가 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되는 구조일 수 있다. In some cases, an additional fastening groove may be formed at the center of the cartridge, and the fastening member passing through the additional fastening groove may be a structure in which the cartridges are coupled to each other.
상기 개구들은 그것의 형상 및 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를들어 슬릿 구조로 형성될 수 있다. 이러한 상기 개구들은 카트리지의 일 측면 및 그 대향 측면에 각각 상호 대칭되도록 형성되어 있을 수 있다. 이러한 개구를 통해 냉매가 냉매 유로로 유입되거나 또는 배출되므로, 카트리지의 일측에 냉매가 유입되는 개구들이 형성되고, 타측에 냉매가 배출되는 개구들이 형성된 구조일 수 있다.The shape and structure of the openings are not particularly limited, and may be formed, for example, in a slit structure. These openings may be formed to be mutually symmetrical on one side of the cartridge and on the opposite side thereof, respectively. Since the refrigerant flows into or out of the refrigerant passage through the opening, openings through which the refrigerant flows into one side of the cartridge and openings through which the refrigerant is discharged to the other side may be formed.
한편, 상기 전지모듈은, 상기 카트리지 적층 구조의 최하단에 위치한 카트리지의 하부에 결합되는 하부 플레이트, 및 카트리지 적층 구조를 내장하며, 하단이 상기 하부 플레이트와 결합되는 하우징을 추가로 포함하는 구조일 수 있다. The battery module may include a lower plate coupled to a lower portion of the cartridge positioned at the lowermost end of the cartridge lamination structure, and a housing including a cartridge lamination structure and a lower end coupled to the lower plate .
상기 단위셀의 전극단자들은 버스 바에 다양한 방법으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 용접, 솔더링, 기계적 체결 등으로 결합될 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합될 수 있다.The electrode terminals of the unit cells may be coupled to the bus bar in various ways, for example, by welding, soldering, mechanical fastening, or the like. Among them, it is preferable to be bonded by laser welding or ultrasonic welding.
경우에 따라서는, 상기 버스 바들 중 적어도 2개의 버스 바들은 직렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 버스 바들은 직렬 접속부재에 의해 직렬로 연결되며, 상기 직렬 접속부재는 상기 버스 바와 마찬가지로 일측 단부에 결합구가 형성되어 있고, 상기 버스 바의 결합구와 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.In some cases, at least two of the bus bars may be connected in series. At this time, the bus bars are connected in series by a series connection member, and the series connection member has a coupling hole formed at one end portion thereof in the same way as the bus bar, and a coupling hole of the bus bar and a bolt, a bolt- And can be electrically and mechanically fastened.
따라서, 상기 단위셀 연결 구조의 병렬 연결을 통해 전지모듈의 용량을 조절 또는 확장할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 단위셀 연결 구조의 직렬 연결을 통해 전지모듈의 출력 또한 조절 및 확장이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.Therefore, the capacity of the battery module can be adjusted or expanded through the parallel connection of the unit cell connection structure, and the output of the battery module can be controlled and extended through the serial connection of some unit cell connection structures. have.
상기 단위셀 연결 구조의 직렬 연결에 관한 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 제 1 버스 바 및 및 2 버스 바를 포함하며, 상기 제 1 버스 바는 단위셀의 양극단자와 연결되고, 상기 제 2 버스 바는 단위셀의 음극단자와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 단위셀 연결 구조들이 적층되면서, 각각의 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조로 형성될 수 있다.In a specific example of the serial connection of the unit cell connection structure, the parallel bus bars include a first bus bar and a second bus bar, the first bus bar is connected to the positive terminal of the unit cell, 2 bus bar may be connected to the negative terminal of the unit cell. In this case, the unit cell connection structures may be stacked so that the first bus bar and the second bus bar are alternately stacked in each cartridge.
상기 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층하는 과정을 사용하여 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다.The structure in which the first bus bar and the second bus bar are alternately arranged may be formed in various processes. For example, the process of stacking the lower cartridge in a state in which the lower cartridge is rotated 180 degrees in a plane with respect to the upper cartridge, The first bus bar and the second bus bar may be alternately arranged.
상기 버스 바 및 카트리지의 결합은 한정되지 않고 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 하나의 예로, 상기 버스 바에는 체결용 관통구들이 천공되어 있고, 상기 카트리지에는 상기 체결용 관통구들에 삽입되는 체결용 돌기들이 형성되어, 상기 체결용 관통구 및 체결용 돌기의 결합으로 결합될 수 있다.The coupling of the bus bar and the cartridge is not limited and can be performed in various ways. For example, the bus bar is provided with fastening through holes, and the cartridge has fastening protrusions inserted into the fastening through holes And can be engaged by the engagement of the fastening through-hole and the fastening protrusion.
상기 전지모듈의 일측에는 외부 입출력 단자가 형성되어 있고, 상기 외부 입출력 단자는 카트리지 적층 구조의 최외측 카트리지에 장착되어 있는 버스 바들과 접속부재에 의해 전기적으로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 상기 접속부재는 전지모듈의 외면에 밀착되도록 위치할 수 있다. The external input / output terminal may be formed on one side of the battery module, and the external input / output terminal may be electrically connected to the bus bars mounted on the outermost cartridge of the cartridge laminated structure by the connection member. The connecting member may be positioned to be in close contact with the outer surface of the battery module.
구체적으로, 상기 접속부재는, 접속부재 본체, 및 상기 접속부재 본체의 양 단부에 형성되어 있는 접속 단부들을 포함하고 있고, 상기 접속부재 본체는 전지모듈의 상면을 경유하도록 밀착되어 있으며, 상기 접속 단부들은 각각 상기 버스 바 및 외부 입출력 단자에 접속되도록 전지모듈의 상면 모서리 부위에서 절곡되어 있는 구조일 수 있다. Specifically, the connection member includes a connection member main body and connection ends formed at both ends of the connection member main body, the connection member main body being in tight contact with the top surface of the battery module so as to pass through, May be bent at the upper edge corner of the battery module to be connected to the bus bar and the external input / output terminal, respectively.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀은 장방형의 판상형 전지셀 구조일 수 있다. In one specific example, the unit cell may be a rectangular plate-shaped battery cell structure.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.The plate-shaped battery cell may be, for example, a pouch-shaped battery cell having a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.Specifically, the battery cell is a pouch-shaped battery cell in which an electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode structure is sealed inside a battery case together with an electrolytic solution, and is formed as a plate-like battery cell having a substantially rectangular parallelepiped structure. Such a pouch-shaped battery cell is generally composed of a battery case of a pouch type, and the battery case is composed of an outer coating layer made of a polymer resin having excellent durability; A barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, and the like; And an inner sealant layer composed of a polymer resin that can be thermally fused, are laminated in this order.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 전지케이스가 1 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수도 있음은 물론이다.The case of the pouch-type battery cell may have a variety of structures. For example, the case may be a two-unit member, which houses the electrode assembly in the housing portion formed on the upper and / or lower inner surface, And a structure for sealing by heat fusion. A pouch-shaped battery cell having such a structure is disclosed in PCT International Application No. PCT / KR2004 / 003312 of the present applicant, which application is incorporated herein by reference. However, it is needless to say that the battery case may be a structure in which the electrode assembly is housed in the housing portion formed as one member of the upper and / or lower inner surface and then the upper and lower contact portions of the outer circumferential surface of the case are thermally fused and sealed.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.The plate-shaped battery cell is not particularly limited as long as it is capable of providing a high voltage and a high current when the battery module or the battery pack is constructed. For example, the battery may be a lithium secondary battery having a large energy storage amount per volume.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the battery module as a unit module.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The battery pack may be manufactured by assembling the battery module as a unit module according to a desired output and capacity. In consideration of mounting efficiency, structural stability, etc., the battery pack may include a household power supply unit, Power supply for emergency power supply, computer room power supply, portable power supply, medical equipment power supply, fire extinguishing equipment power supply, alarm equipment power supply, evacuation facility power supply, electric vehicle, hybrid electric vehicle, or plug-in hybrid electric vehicle But the scope of application is not limited to these.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.Accordingly, the present invention provides a device including the battery pack as a power source, and the device is specifically applicable to a home power supply device, a public utility power supply device, a large shop power supply device, an emergency power supply device, A medical device power supply, a fire extinguishing equipment power supply, an alarm facility power supply, an evacuation facility power supply, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 단위셀들이 카트리지들에 각각 고정된 상태로 적층되며, 카트리지에 형성된 개구를 통해 냉매가 유동하면서 단위셀의 표면을 냉각시키는 구조로 형성될 수 있다. As described above, the battery module according to the present invention can be formed in a structure in which the unit cells are stacked in the state of being fixed to the cartridges, and the surface of the unit cells is cooled while the refrigerant flows through the openings formed in the cartridges .
따라서, 단위셀들을 냉각시키기 위한 냉각핀이 필요하지 않으며, 단위셀의 셀커버도 생략이 가능하므로, 냉매 유로 공간을 더욱 확보하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 부품의 수를 감소시켜 제조비용을 절감하고 제조공정성을 향상시키는 효과를 제공한다. Accordingly, since the cooling fin for cooling the unit cells is not required and the cell cover of the unit cell can be omitted, the cooling efficiency can be further improved by further securing the refrigerant flow path space, Thereby reducing manufacturing costs and improving manufacturing processability.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 상부 부위를 분해한 구조의 사시도이다;
도 3은 도 2의 측면도이다;
도 4는 도 1의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도이다;
도 5는 도 1의 카트리지의 사시도이다;
도 6은 도 5의 카트리지에서 버스 바를 분리한 구조의 사시도이다;
도 7은 하부 플레이트 및 하우징이 결합된 전지모듈의 평면도이다; 도 8은 도 7의 A-A에 따른 수직 단면도이다.1 is a perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of a structure in which the upper part of FIG. 1 is exploded; FIG.
Figure 3 is a side view of Figure 2;
4 is a perspective view of a battery cell constituting a unit cell in the battery module of FIG. 1;
Figure 5 is a perspective view of the cartridge of Figure 1;
Figure 6 is a perspective view of the structure of the cartridge of Figure 5 with the bus bar removed;
7 is a plan view of a battery module with a lower plate and a housing coupled thereto; 8 is a vertical sectional view taken along line AA of FIG.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있다. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 일측에 형성되어 있는 단위셀들(110, 110’), 단위셀들(110, 110’)을 각각 고정하는 카트리지(120), 및 전극단자들(112, 114, 112’, 114’)과 결합되어 단위셀들(110, 110’)을 전기적으로 연결하는 버스 바들(132, 134)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the
이러한 단위셀들(110, 110’)은 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 대면하도록 카트리지(120)에 장착되어 있으며, 카트리지(120)에 장착되어 있는 버스 바들(132, 134)에 의해 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 병렬로 연결되어 카트리지(120)에서 단위셀 연결 구조를 형성하고 있다.The
단위셀 연결 구조는 지면으로부터 높이 방향으로 배열되도록 카트리지들(120)이 상하로 적층된 구조로 형성되어 있다. The unit cell connection structure is formed in a structure in which the
카트리지(120)의 양 측면에는 냉매 유로와 연통되는 개구(127)가 형성되어 있어서, 냉매가 개구(127)를 통해 유입되거나 방출되어 단위셀들(110, 110’)을 냉각시키는 구조로 형성되어 있다.
도 2에는 도 1의 상부 부위를 분해한 구조의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 측면도가 도시되어 있다. FIG. 2 is a perspective view of a structure in which the upper part of FIG. 1 is exploded, and FIG. 3 is a side view of FIG.
도 2 및 도 3을 도 1과 함께 참조하면, 카트리지(120)에는 양 측면에 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 형성되어 있고, 카트리지들(120) 적층한 후 카트리지들의 체결홈들(124)에 체결부재(도시하지 않음)를 삽입함으로써 카트리지들(120)이 적층된 상태를 고정하는 구조로 이루어져 있다. 카트리지(120)의 돌출부들(122)은 카트리지 중심을 기준으로 대칭 배열되어 있고, 개구들(127)은 돌출부(122)들 사이에 형성되어 있다. Referring to FIGS. 2 and 3 together with FIG. 1,
도 4에는 도 1의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.4 is a perspective view of a battery cell constituting a unit cell in the battery module of FIG.
도 4를 참조하면, 전지셀(110)은 전극단자들(양극단자: 112, 음극단자: 113)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(110)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(110)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(115)에 전극조립체(도시하지 않음)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(114)를 형성한 구조이며, 통상적으로 이를 ‘파우치형 전지셀’로 통칭하기도 한다.Referring to FIG. 4, the
도 5에는 도 1의 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 카트리지에서 버스 바를 분리한 구조의 사시도가 도시되어 있다.Fig. 5 is a perspective view of the cartridge of Fig. 1, and Fig. 6 is a perspective view of a structure in which a bus bar is separated from the cartridge of Fig.
도 5 및 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 카트리지(120)는 2개의 단위셀들(110, 110’)이 서로 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 대면하도록 각각 장착되는 제 1 단위셀 장착부(125a) 및 제 2 단위셀 장착부(125b)가 형성되어 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 together with FIG. 2, the
제 1 단위셀 장착부(125a) 및 제 2 단위셀 장착부(125b)에 단위셀들(110, 110’)이 장착되었을 때, 단위셀의 상면 또는 하면에 대응하는 부위는 상하로 관통되어 있고, 이러한 관통된 부위를 가로지르도록 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 리브(126)가 형성되어 있다. 즉, 카트리지(120)의 상부 및 하부에 각각 단위셀이 접하였을 때, 상하로 관통된 부위에 의해 단위셀들 사이에 공간이 형성되며, 이러한 공간은 리브(126)에 의해 구분되어 냉매 유로가 형성된 구조로 이루어져 있다. 또한, 카트리지의 양 측면에는 냉매 유로와 연통되는 개구(127)가 형성되어 있어서, 냉매가 개구(127)를 통해 유입되거나 방출되는 구조로 형성되어 있다.When the
카트리지(120)의 버스 바(132, 134)가 장착되는 부위에는 용접용 개구(128)가 천공되어 있다. 구체적으로, 버스 바(132, 134)와 단위셀들의 전극단자들이 용접되는 부위에 대응하는 카트리지(120)의 일부 부위에는 용접을 위하여 버스 바(120)의 하면이 노출되도록 개구(128)가 천공되어 있다. A
또한, 카트리지(120)에는 체결용 돌기들(129)이 형성되어 있고, 버스 바(132, 134)에는 체결용 돌기(129)에 대응하는 체결용 관통구들(133, 135)이 천공되어 있어서 이들의 결합에 의해 카트리지(120)에 버스 바(132, 134)가 결합되는 구조로 이루어져 있다. Fastening
버스 바(132, 134)의 일측 단부는 카트리지(120)의 측면으로 절곡 연장되어 있고, 절곡 연장된 부위에는 체결구(136)가 형성되어 있어서, 카트리지의 적층 구조에서 별도의 접속부재로 상하로 인접한 버스 바들의 체결구들(136)을 연결하여 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있고, 경우에 따라서 외부 입출력 단자와도 연결되는 구조로 형성되어 있다. One end of each of the bus bars 132 and 134 is bent to extend to the side of the
카트리지(120)의 양 측면에는 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 카트리지(120) 중심을 기준으로 대칭 배열되어 있으며, 카트리지(120)의 중앙에는 추가 체결홈(129)이 형성되어 있다. 상하로 적층된 카트리지 구조는 체결홈들(124, 129)을 각각 관통하는 체결부재(도시하지 않음)에 결합되어 고정되는 구조로 이루어져 있다.
도 7에는 하부 플레이트 및 하우징이 결합된 전지모듈의 평면도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 A-A에 따른 수직 단면도가 도시되어 있다.FIG. 7 is a plan view of a battery module having a lower plate and a housing coupled thereto, and FIG. 8 is a vertical sectional view taken along line A-A of FIG.
도 7 및 도 8을 도 2와 함께 참조하면, 카트리지 적층 구조의 최하단에는 하부 플레이트(140)가 결합되어 있고, 하우징(150)은 카트리지 적층 구조를 내장하도록 감싸면서 하부 플레이트(140)와 결합되어 있다. Referring to FIGS. 7 and 8 together with FIG. 2, a
전지모듈(100)의 일측에는 외부 입출력 단자(170a, 170b)가 형성되어 있고, 외부 입출력 단자(170)는 카트리지 적층 구조의 최외측 카트리지(120)에 장착되어 있는 버스 바들(134)과 접속부재(160)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 접속부재(160)는 전지모듈(100)의 상면을 경유하도록 밀착되어 있으며, 접속부재(160)의 단부들은 각각 버스 바(134) 및 외부 입출력 단자(170)에 접속되도록 전지모듈(100)의 상면 모서리 부위에서 절곡되어 있다.
The external input and
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (23)
전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들을 포함하고 있으며;
상기 단위셀들은 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해 전극단자들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 연결 구조를 형성하며;
상기 각각의 단위셀 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있고,
상기 카트리지들의 내측에는 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 리브(rib)가 형성되어 있고, 상기 카트리지들의 측면에는 상기 냉매 유로와 연통되는 개구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈. A battery module having a structure in which two or more unit cells are fixed to cartridges and stacked,
Unit cells having electrode terminals formed on one side thereof, and cartridges for fixing the unit cells, respectively;
Wherein the unit cells are mounted on the cartridges so that the electrode terminals face each other and the electrode terminals are connected in series or in parallel by bus bars mounted on the cartridges to form a unit cell connection structure in each of the cartridges;
Cartridges are stacked such that each of the unit cell connection structures is arranged in a height direction from the ground,
Wherein ribs for supporting the unit cells are formed on the inside of the cartridges while forming refrigerant flow paths, and openings communicating with the refrigerant flow paths are formed in the side surfaces of the cartridges.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140049869A KR101671483B1 (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Battery Module having Cartridge Stacking Structure with Coolant Flow Channel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR1020140049869A KR101671483B1 (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Battery Module having Cartridge Stacking Structure with Coolant Flow Channel |
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2014
- 2014-04-25 KR KR1020140049869A patent/KR101671483B1/en active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11552360B2 (en) | 2017-03-03 | 2023-01-10 | Lg Energy Solution, Ltd. | Cartridge and battery module comprising same |
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