KR101731957B1 - Battery Module Having Improved Cooling Efficency - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 전지셀이 한 쌍의 냉각핀들 사이에 접촉된 상태로 개재되어 있는 단위모듈을 둘 이상 포함하고 있는 전지모듈로서, 상기 단위모듈들은 순차적인 배열을 이루면서, 상면에 장착 수납부들이 형성되어 있는 냉각 프레임에 각각 수직으로 장착되어 있고; 상기 냉각 프레임의 하면에는 접촉된 상태로 히트 싱크가 위치하며; 장착 수납부들 중의 적어도 하나 이상의 장착 수납부에는 하나 이상의 개구가 천공되어 있고, 단위모듈의 냉각핀들 중의 적어도 일부 외면이 상기 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention relates to a battery module including at least two unit modules in which one or more battery cells are interposed between a pair of cooling fins, wherein the unit modules are arranged in a sequential order, Each being vertically mounted on a formed cooling frame; A heat sink is positioned in contact with the lower surface of the cooling frame; Wherein at least one of the mounting compartments has at least one opening formed therein and at least part of the cooling fins of the unit module are in direct contact with the heat sink through the opening.
Description
본 발명은 냉각 효율이 향상된 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module with improved cooling efficiency.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.In the development base for such a ubiquitous society, a secondary battery occupies an important position. Specifically, the rechargeable secondary cell is widely used as an energy source for wireless mobile devices, and is proposed as a solution for air pollution in existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels Electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다. 2. Description of the Related Art [0002] In a middle- or large-sized device such as an automobile, a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used due to the necessity of high output large capacity.
이러한 중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조 비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. Since such a middle- or large-sized battery module is preferably manufactured with a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-type battery, and the like, which can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity, . 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.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 고출력 대용량의 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다.Since the battery cells constituting such a middle- or large-sized battery module are constituted by 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 a laminate sheet of a pouch-type battery widely used for a high output large-capacity battery module is coated with a polymer material having a low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the temperature of 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 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 충분히 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 deterioration of the battery module, and possibly causing ignition or explosion. Therefore, a high-capacity, large-capacity battery pack requires a cooling system that sufficiently cools the battery cells built therein.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀도로 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 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 적층된 전지셀들 또는 전지모듈등 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다. Generally, a battery module mounted on a middle- or large-sized battery pack is manufactured by stacking a plurality of battery cells at a high density, and adjacent battery cells are stacked at a predetermined interval so as to remove heat generated during charging and discharging. For example, the battery cells themselves may be sequentially stacked while being spaced apart from each other by a predetermined space, or in the case of a battery cell having low mechanical rigidity, one or a combination of two or more batteries may be built in a cartridge or the like. The battery module can be configured. The stacked battery cells or the battery modules have a structure in which coolant flow passages are formed between the battery cells or the battery modules so as to effectively remove accumulated heat.
그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보하여야 하므로, 전지모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 많은 전지셀들을 적층할수록 냉각 구조와 관련하여 다수의 부품이 추가되어 전지모듈의 부피가 커질 뿐만 아니라, 제조 공정이 복잡해지며, 이에 따른 제조비용 역시 크게 상승하는 단점이 발생한다. However, this structure has a problem that the total size of the battery module is increased because a plurality of refrigerant flow paths must be secured corresponding to a plurality of battery cells. In addition, as the number of battery cells is increased, a number of parts are added in relation to the cooling structure, thereby increasing the volume of the battery module, complicating the manufacturing process, and increasing manufacturing costs.
이러한 냉각시스템의 전반적인 문제와 더불어, 냉각핀을 이용한 냉각시스템의 경우, 전지셀 내부에서 발생한 열은 냉각 핀 이외의 부재들을 거쳐 냉매의 유로로 전도되나, 냉각 핀과 부재들 사이의 접촉저항으로 인해 효율적인 냉각이 이루어지지 않는 문제점이 있다.In addition to the overall problem of the cooling system, in the case of the cooling system using the cooling fin, the heat generated inside the battery cell is conducted to the refrigerant passage through the members other than the cooling fin, but due to the contact resistance between the cooling fin and the members There is a problem that efficient cooling is not achieved.
따라서, 고출력 대용량의 전력을 제공하면서도 간소하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 높은 냉각 효율성에 의해 수명 특성과 안정성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다. Accordingly, there is a high need for a battery module that can be manufactured in a simple and compact structure while providing a high power, large capacity power, and has excellent life characteristics and stability due to high cooling efficiency.
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 접촉되어 있는 냉각핀들의 일부 외면이 히트 싱크에 직접 접촉하는 단위모듈들을 냉각 프레임에 장착함으로써, 전지셀에서 발생한 열이 냉각핀을 통해 히트 싱크에 직접 전도되어, 냉각 효율를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트한 구조를 가진 전지모듈을 제공하는 것이다.More specifically, it is an object of the present invention to provide a cooling structure in which unit modules, in which a part of outer surfaces of cooling fins in contact with a battery cell are in direct contact with a heat sink, are mounted on a cooling frame, So as to improve the cooling efficiency and to provide a battery module having a compact structure.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,According to an aspect of the present invention,
하나 이상의 전지셀이 한 쌍의 냉각핀들 사이에 접촉된 상태로 개재되어 있는 단위모듈을 둘 이상 포함하고 있는 전지모듈로서, 1. A battery module comprising at least two unit modules in which at least one battery cell is interposed between a pair of cooling fins,
상기 단위모듈들은 순차적인 배열을 이루면서, 상면에 장착 수납부들이 형성되어 있는 냉각 프레임에 각각 수직으로 장착되어 있고;Wherein the unit modules are arranged in a sequential arrangement and are respectively mounted vertically on a cooling frame having mounting seats on an upper surface thereof;
상기 냉각 프레임의 하면에는 접촉된 상태로 히트 싱크가 위치하며;A heat sink is positioned in contact with the lower surface of the cooling frame;
장착 수납부들 중의 적어도 하나 이상의 장착 수납부에는 하나 이상의 개구가 천공되어 있고, 단위모듈의 냉각핀들 중의 적어도 일부 외면이 상기 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉되어 있는 구조로 이루어져 있다.At least one or more mounting compartments of the mounting compartments are provided with one or more openings, and at least a part of the cooling fins of the unit modules are in direct contact with the heat sink through the openings.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀에 접촉되어 있는 냉각핀들의 적어도 일부 외면이 히트 싱크에 직접 접촉됨으로써, 전지셀에서 발생한 열이 냉각핀을 통해 히트 싱크에 직접 전도될 수 있어서, 냉각 효과를 더욱 향상시킬 뿐만 아니라, 전반적으로 콤팩트한 구조를 제공할 수 있다.That is, in the battery module according to the present invention, at least a part of the outer surfaces of the cooling fins in contact with the battery cell are in direct contact with the heat sink, so that heat generated in the battery cells can be conducted directly to the heat sink through the cooling fins, And can provide a generally compact structure.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은, 특별히 한정되지 않으나, 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀로 이루어지며, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성하는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 판상형 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, the battery cell is not particularly limited, but is preferably formed of a plate-shaped battery cell so as to provide a high lamination ratio in a limited space, and is laminated so that one surface or both surfaces of the battery cell face each other And a structure for forming a battery cell laminate. Such a plate-shaped battery cell may have a structure in which positive and negative terminals are protruded on one side of the outer circumferential surface, or a positive terminal is protruded on one side of the outer circumferential surface and a negative terminal is protruded on the opposite side.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 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 outer peripheral surface of a cell case is sealed with an electrode assembly embedded in a cell case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
상기 단위모듈은 상호 밀착된 상태로 적층된 2개의 전지셀들을 포함할 수 있고, 상기 한 쌍의 냉각핀들은 그 사이에 개재되는 적층 전지셀들의 일측 외면을 감싸는 제 1 냉각핀과 타측 외면을 감싸는 제 2 냉각핀으로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 전지셀들은 카트리지 부재에 장착된 상태에서 제 1 냉각핀 및 제 2 냉각핀에 의해 감싸여 있는 구조일 수 있다.The unit modules may include two battery cells stacked in close contact with one another. The pair of cooling fins may include a first cooling fin surrounding one side of the stacked battery cells interposed therebetween, And a second cooling fin. At this time, the battery cells may be structured such that they are surrounded by the first cooling fin and the second cooling fin in a state of being mounted on the cartridge member.
이러한 구조에서, 상기 카트리지 부재는 제 1 전지셀이 장착되는 제 1 카트리지와 제 2 전지셀이 장착되는 카트리지를 포함하고 있고, 상기 제 1 카트리지와 제 2 카트리지는 전지셀들이 장착된 상태에서 상호 결합되는 있는 구조일 수 있으며, 제 1 카트리지와 제 2 카트리지는, 적층 전지셀들의 양측 외면이 각각 냉각 핀에 접촉할 수 있도록, 전지셀들의 외주가 장착되는 프레임 구조로 이루어질 수 있다.In this structure, the cartridge member includes a first cartridge to which the first battery cell is mounted and a cartridge to which the second battery cell is mounted, and the first and second cartridges are mutually coupled And the first and second cartridges may have a frame structure in which the outer periphery of the battery cells is mounted so that both outer surfaces of the stacked battery cells can contact the cooling fins.
상기 냉각핀은 전지셀의 형상에 따라 판상형일 수 있으며, 금속 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루이늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cooling fins may be plate-shaped depending on the shape of the battery cell, and a metal material may be preferably used. The metal material may be an aluminum or an aluminum alloy having a high thermal conductivity and a light weight, but is not limited thereto.
상기 냉각 프레임은 평면 형상이 직사각형인 판상부재로 이루어질 수 있고, 순차적인 배열을 이루는 단위모듈들에서 최외곽 단위모듈들의 최외측 면의 일부 또는 전부를 감싸도록 수직으로 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 냉각 프레임은 특별히 한정되지 않으나, 금속 소재로 이루어질 수 있고, 각각의 단위모듈은 그것의 일측 외주 부위가 냉각 프레임의 장착 수납부에 삽입되어 수직으로 장착될 수 있고, 상기 냉각 프레임의 장착 수납부는 삽입되는 단위모듈의 일측 외부 부위에 대응하여 하향 절곡되어 형성되어 있는 구조일 수 있다.The cooling frame may be formed of a plate-like member having a rectangular planar shape and may be vertically bent upward to surround a part or all of the outermost unit modules of the unit modules in a sequential arrangement. have. The cooling frame is not particularly limited but may be made of a metal material, and each unit module can be mounted vertically by inserting one peripheral portion of the unit frame into the mounting compartment of the cooling frame, and the mounting compartment of the cooling frame And may be formed to be bent downward in correspondence with an outer portion of one side of the inserted unit module.
하나의 구체적인 예에서, 상기 장착 수납부 각각은 단위모듈이 안정하게 수직으로 장착될 수 있는 구조이면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 수직 단면상으로 계단 구조를 형성할 수 있고, 동일한 간격으로 냉각 프레임의 길이 방향으로 연장되어 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, each of the mounting receptacles is not particularly limited as long as the unit modules can be stably mounted vertically. For example, a stepped structure can be formed in a vertical section, As shown in Fig.
이러한 냉각 프레임의 구조에 의해, 단위모듈들이, 별도의 부재없이, 냉각 프레임 상에 안정적으로 장착될 수 있으므로, 조립 공정을 간소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 콤팩트한 구조의 전지모듈의 구현이 가능하다.With this structure of the cooling frame, since the unit modules can be stably mounted on the cooling frame without a separate member, the assembly process can be simplified, and a battery module with a compact structure can be realized.
상기 개구는 냉각핀의 일부 외면이 히트 싱크에 직접 접촉하여 효율적인 열전도가 이루어진다면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게 장착 수납부의 가로 방향 중심축의 중앙에 형성되어 있는 구조일 수 있다.The opening is not particularly limited as long as the outer surface of the cooling fin is in direct contact with the heat sink to provide efficient heat conduction, but may be formed at the center of the transverse center axis of the mounting receptacle.
하나의 구체적인 예에서, 상기 개구의 길이 및 폭은 전지셀에서 발생한 열이 냉각 핀의 외면 부위를 통해서 히트 싱크로 충분히 전도될 수 있으면 특별히 한정되지 않으나, 바람직한 길이는 장착 수납부의 가로 방향 길이를 기준으로 10% 내지 90%의 크기일 수 있고, 장착 수납부의 폭은 세로 방향 폭을 기준으로 30% 내지 100% 크기일 수 있다. 마찬가지로, 전지셀에서 발생한 열이 냉각 핀의 외면 부위를 통해 히트 싱크로 충분히 전도될 수 있으면 특별히 한정되지 않으나, 평면 형상은 바람직하게는 직사각형 또는 타원 또는 원형으로 형성될 수 있다.In one specific example, the length and width of the opening are not particularly limited as long as the heat generated in the battery cell can be sufficiently conducted to the heat sink through the outer surface portion of the cooling fin, And may be 10% to 90% in size, and the width of the mounting receptacle may be 30% to 100% of the width in the longitudinal direction. Similarly, although the heat generated in the battery cell can be sufficiently conducted to the heat sink through the outer surface portion of the cooling fin, the plane shape is preferably rectangular, elliptical or circular.
상기 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉하는 냉각 핀의 외면 부위는 개구의 형상에 대응하여 하향 절곡되어 히트 싱크에 면접촉 할 수 있다. 이러한 구조는 전지셀에서 발생한 열이 냉각 핀을 통해서 히트 싱크에 직접 전도되게 함으로써 냉각 효율를 향상시킨다.The outer surface portion of the cooling fin, which is in direct contact with the heat sink through the opening, is downwardly bent corresponding to the shape of the opening, and can be in surface contact with the heat sink. This structure improves the cooling efficiency by directing the heat generated in the battery cell to the heat sink through the cooling fin.
경우에 따라서는, 상기 히트 싱크가 수냉을 위한 냉매 유로를 내부 또는 외부에 포함되어 있는 구조일 수 있다.In some cases, the heat sink may have a structure in which a coolant channel for water cooling is included inside or outside.
상기 냉각 프레임과 대면하는 히트 싱크의 상면에는, 히트 싱크가 접촉하는 부위에 접촉저항을 최소화하고, 열적으로 밀착되도록 열적 계면 밀착제가 부가될 수 있다. 예를 들어, 상기 열적 계면 밀착제는 반고체상의 열전달이 가능한 전도성 그리스(thermal grease)인 것이 바람직하다. A thermal interface adhesive can be added to the upper surface of the heat sink facing the cooling frame so as to minimize the contact resistance at a portion where the heat sink is in contact and to be thermally contacted. For example, the thermal interface adhesive is preferably a thermal grease capable of semi-solid heat transfer.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 단위모듈들과 냉각 프레임 및 히트 싱크의 어셈블리를 상부 및 하부에서 각각 지지하는 상부 케이스 및 하부 케이스; 및 안전 장치 및 전기 접속부들이 형성될 수 있고, 전면과 후면을 각각 지지하는 전면 플레이트 및 후면 플레이트;를 추가로 포함할 수 있다. 이 때, 상기 상부 케이스의 일부 또는 전부에는 둘 이상의 비드(bead)들이 형성되어 케이스의 강성을 증가시킬 수 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the battery module according to the present invention comprises: an upper case and a lower case each supporting the upper and lower assemblies of the unit modules, the cooling frame and the heat sink; And a safety device and electrical connections, and may further include a front plate and a rear plate respectively supporting the front and rear surfaces. At this time, at least a part of the upper case may be formed with two or more beads to increase the rigidity of the case.
상기 라미네이트 시트는 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.The laminate sheet may have a structure in which a resin layer is applied to both surfaces of the metal barrier layer. For example, a resin outer layer having excellent durability is attached to one surface (outer surface) of the metal barrier layer, A heat-meltable resin sealant layer may be added.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.In one specific example, as the material of the metal barrier layer, aluminum or aluminum alloy having a blocking property against gas and the like and a softness capable of processing in the form of a thin film can be used.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.Since the resin outer layer has excellent resistance to external environment, polyethylene terephthalate (PET) and stretched nylon film can be used as a polymer resin having a tensile strength and a weather resistance higher than a predetermined level.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.Further, as a material of the resin sealant layer, a non-oriented polypropylene film (CPP) film having a low heat absorbing property (heat adhesion property) and low hygroscopicity for suppressing the penetration of an electrolyte solution and not being expanded or eroded by an electrolyte Resin or the like can be used.
상기 라미네이트 시트의 전지케이스는, 예를 들어, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 내면 구조는 상호 결합되어 밀봉된 공간 상에 전극조립체들이 수용될 수 있도록 이들의 외형에 대응하여 수납부들이 형성될 수 있다. 이러한 상부 케이스와 하부 케이스는 각각 독립적인 부재들일 수도 있고, 일측 단부가 상호 연결된 1 단위의 부재일 수도 있다.The battery case of the laminate sheet may be composed of, for example, an upper case and a lower case, and the inner surface structures of the upper case and the lower case may be mutually coupled to each other to accommodate the electrode assemblies on the sealed space. The receiving portions can be formed. The upper case and the lower case may be independent members, or may be one unit members with one end connected to each other.
상기 단위셀들은 스택형, 스택/폴딩형, 또는 젤리-롤형 전극군일 수 있다. 이러한 전극군들의 종류 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The unit cells may be stacked, stacked, folded, or jelly-roll type. Since the types and manufacturing methods of the electrode groups are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
상기 전지셀은 전지모듈 및 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 이차전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.The battery cell is not particularly limited as long as it is a secondary battery capable of providing a high voltage and a high current when the battery module and the battery pack are constructed. For example, the battery cell may be a lithium secondary battery having a large energy storage amount per volume.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.The present invention also provides a device including a battery pack including the battery module as a unit module as a power source, wherein the device is a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- Automobiles, and power storage devices, and the like.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structures of these devices and their fabrication methods are also well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀에 접촉되어 있는 냉각핀들의 일부 외면이 히트 싱크에 직접 접촉됨으로써, 전지셀에서 발생한 열이 냉각핀을 통해 히트 싱크에 직접 전도되어, 냉각 효율을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라, 콤팩트한 구조를 가진 전지모듈의 구현이 가능한 효과를 제공한다.As described above, in the battery module according to the present invention, the outer surfaces of the cooling fins in contact with the battery cells directly contact the heat sink, whereby heat generated in the battery cells is directly conducted to the heat sink through the cooling fins, Not only the cooling efficiency is further improved, but also the effect of realizing a battery module having a compact structure is provided.
도 1은 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도이다;
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉각 프레임의 평면 모식도이다;
도 4는 도 3의 A-A에 방향에 따른 냉각 프레임의 수직 단면 모식도이다;
도 5는 도 2의 단위모듈이 도 3의 냉각 프레임에 장착되는 부위를 나타내는 단면 모식도이다.1 is a perspective view of one exemplary battery cell mounted in a battery module;
Figure 2 is an exploded view of a unit module according to one embodiment of the present invention;
Figure 3 is a schematic plan view of a cooling frame according to one embodiment of the present invention;
4 is a vertical cross-sectional schematic view of a cooling frame along the direction AA in FIG. 3;
Fig. 5 is a schematic cross-sectional view showing a portion where the unit module of Fig. 2 is mounted on the cooling frame of Fig. 3;
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 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a perspective view of an exemplary battery cell mounted on a battery module.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 외주면(13a, 13b)의 일측에 양극 단자(11)가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자(12)가 돌출되어 있고, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형으로 이루어져 있다. 1, the
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위모듈의 분해도이다. 이해의 편의를 위하여, 도 2에서는 전지셀들의 두께를 상대적으로 작게 도시하였다.2 is an exploded view of a unit module according to one embodiment of the present invention. For ease of understanding, the thickness of the battery cells is relatively small in FIG.
도 2를 참조하면, 단위모듈(100)은 상호 밀착된 상태로 적층된 2개의 전지셀들(10)을 포함하고 있고, 한 쌍의 냉각핀들(110, 120)은 그 사이에 개재되는 적층 전지셀들(10)의 일측 외면을 감싸는 제 1 냉각핀(110)과 타측 외면을 감싸는 제 2 냉각핀(120)으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, the
전지셀들(10)은 카트리지 부재(도시하지 않음)에 장착된 상태에서 제 1 냉각핀(110) 및 제 2 냉각핀(120)에 의해 감싸여 있다. 또한, 카트리지는, 적층 전지셀들(10)의 양측 외면이 각각 냉각 핀(110, 120)에 접촉할 수 있도록, 전지셀들의 외주가 장착되는 프레임 구조로 이루어져 있다.The
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉각 프레임(200)의 모식도이고, 도 4는 도 3의 A-A방향에 따른 냉각 프레임(200)의 수직 단면을 나타내는 모식도이다FIG. 3 is a schematic view of a
도 3 및 4를 참조하면, 냉각 프레임(200)은 금속 소재로서 형상이 전반적으로 직사각형인 판상부재로 이루어져 있고, 순차적인 배열을 이루는 단위모듈들(도 2의 100)에서 최외곽 단위모듈들의 최외측 면의 일부 또는 전부를 감싸도록 수직으로 상향 절곡(B)되어 있는 구조로 이루어져 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the
또한, 각각의 단위모듈(100)이 그것의 일측 외주 부위가 냉각 프레임(200)의 장착 수납부(210)가 삽입되어 수직으로 장착될 수 있도록 냉각 프레임(200)의 장착 수납부(210)는 삽입되는 단위모듈(100)의 일측 외부 부위에 대응하여 하향 절곡되어 있다. The mounting
각각의 장착 수납부(210)는 수직 단면상으로 계단 구조를 형성하며, 동일한 간격으로 냉각 프레임(200)의 길이 방향으로 연장되어 있다.Each mounting
개구(220)는 장착 수납부(210)의 가로 방향 중심축의 중앙에 형성되어 있고, 개구(220)의 길이는 장착 수납부(210)의 가로 방향 길이를 기준으로 10% 내지 90%의 크기이고, 장착 수납부(210)의 세로 방향 폭을 기준으로 30% 내지 100% 크기이다. 개구(220)의 평면 형상은 직사각형으로 이루어져 있다. The
도 5는 도 2의 단위모듈이 도 3의 냉각 프레임에 장착되는 부위를 나타내는 모식도이다. FIG. 5 is a schematic view showing a portion where the unit module of FIG. 2 is mounted to the cooling frame of FIG. 3;
도 5를 참조하면, 단위모듈이 그것의 일측 외주 부위가 냉각 프레임(200)의 장착 수납부에 삽입되어 수직으로 장착되어 있다. 이러한 구조에서, 카트리지 부재(250, 260)는 제 1 전지셀(10)이 장착되는 제 1 카트리지(250)와 제 2 전지셀(10)이 장착되는 제 2 카트리지(260)를 포함하고 있고, 제 1 카트리지(250)와 제 2 카트리지(260)는 전지셀들(10)이 장착된 상태에서 상호 결합되는 있는 구조이며, 제 1 카트리지(250)와 제 2 카트리지(260)는, 적층 전지셀들(10)의 양측 외면이 각각 냉각 핀(110, 120)에 접촉하도록, 전지셀들(10)의 외주가 장착되는 프레임 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 5, the unit module is inserted into the mounting compartment of the
또한, 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉하는 냉각 핀들(110, 120)의 외면 부위는 개구의 형상에 대응하여 하향 절곡(점선의 원으로 표시됨)되어 있다. 이러한 구조에 의해, 냉각 핀들(110, 120)의 외면 부위는 히트 싱크가 면접촉 하고 있다. Further, the outer surface portions of the cooling
또한, 냉각 프레임(200)과 대면하는 히트 싱크(230)의 상면에는, 히트 싱크(230)가 접촉하는 부위에 열적으로 밀착되도록 열적 계면 밀착제(240)가 부가되어 있다. A thermal interface
참고로, 도면에서는 생략되어 있지만, 전지셀들(10)은 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.For reference, although not shown in the figure, it goes without saying that the
도면의 간소화를 위해 생략되어 있으나, 본 발명에 따른 전지모듈은 단위모듈들(100)과 냉각 프레임(200) 및 히트 싱크(230)의 어셈블리를 상부 및 하부에서 각각 지지하는 상부 케이스 및 하부 케이스; 및 안전 장치 및 전기 접속부들이 형성되어 있고, 전면과 후면을 각각 지지하는 전면 플레이트 및 후면 플레이트;를 추가로 포함하고 있고, 상부 케이스의 일부 또는 전부에는 둘 이상의 비드(bead)들이 형성되어 있다.
The battery module according to the present invention includes an upper case and a lower case for supporting the
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 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)
상기 단위모듈들은 순차적인 배열을 이루면서, 상면에 장착 수납부들이 형성되어 있는 냉각 프레임에 각각 수직으로 장착되어 있고;
상기 냉각 프레임의 하면에는 접촉된 상태로 히트 싱크가 위치하며;
상기 장착 수납부들 중의 적어도 하나 이상의 장착 수납부에는 하나 이상의 개구가 천공되어 있고, 단위모듈의 냉각핀들 중의 적어도 일부 외면이 상기 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉되어 있고;
상기 냉각 프레임은 평면 형상이 직사각형인 판상부재로 이루어져 있고, 순차적인 배열을 이루는 단위모듈들에서 최외곽 단위모듈들의 최외측 면의 일부 또는 전부를 감싸도록 수직으로 상향 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있으며;
각각의 단위모듈은 그것의 일측 외주 부위가 냉각 프레임의 장착 수납부가 삽입되어 수직으로 장착되어 있고, 상기 냉각 프레임의 장착 수납부는 삽입되는 단위모듈의 일측 외부 부위에 대응하여 하향 절곡되어 있고;
상기 개구를 통해 히트 싱크에 직접 접촉하는 냉각 핀의 외면 부위는 개구의 형상에 대응하여 하향 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.1. A battery module comprising at least two unit modules in which at least one battery cell is interposed between a pair of cooling fins,
Wherein the unit modules are arranged in a sequential arrangement and are respectively mounted vertically on a cooling frame having mounting seats on an upper surface thereof;
A heat sink is positioned in contact with the lower surface of the cooling frame;
Wherein at least one of the mounting compartments is provided with at least one opening in the mounting compartment and at least part of the cooling fins of the unit module are in direct contact with the heat sink through the opening;
Wherein the cooling frame is formed of a plate-like member having a rectangular planar shape and is vertically upwardly bent so as to surround part or all of the outermost unit modules of the sequentially arranged unit modules;
Each of the unit modules is vertically mounted with its outer peripheral portion inserted with the mounting housing portion of the cooling frame, and the mounting housing portion of the cooling frame is bent downward corresponding to one outer side portion of the inserted unit module;
Wherein an outer surface portion of the cooling fin that directly contacts the heat sink through the opening is bent downward in correspondence with the shape of the opening.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |