KR20210072999A

KR20210072999A - 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩

Info

Publication number: KR20210072999A
Application number: KR1020190163402A
Authority: KR
Inventors: 이희수; 이용훈; 김창수
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-18

Abstract

본 발명은 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정 크기의 수납공간을 갖는 하부 케이스(100); 상기 하부 케이스(100) 상부에 결합되며 소정 크기의 수납공간을 갖는 상부 케이스(200); 상기 하부 케이스(100)와 상부 케이스(200)에 의해 형성되는 수납공간에 수납되는 전지모듈(400);을 포함하되, 상기 전지모듈(400)은, 사각형 모양의 프레임 본체(411)와 상기 프레임 본체(411) 내측면에 위치하는 냉각플레이트(415)를 포함하는 프레임(410), 및 상기 냉각플레이트(415) 상면과 하면에 수평하게 인근하도록 2개씩 각각 장착되는 전지셀(420)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 관한 것이다.

Description

에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩{Battery Pack Having High Energy Density And High-Efficiency of radiating heat}

본 발명은 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레임 본체에 다수개의 전지셀이 장착되며 또 흡입 방식을 통한 공냉식 구조로 이루어져 있어, 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 전지모듈에서 발생한 열을 신속하게 방열하는 것이 가능한 에너지밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 관한 것이다.

휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등에 적용되고 있어, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 갈수록 높아지고 있는 상황이다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전률이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

한편, 위와 같은 이차 전지가 전기자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지셀들이 배열된 구조의 전지 셀 어셈블리 내지 전지 팩 등의 형태로 사용된다.

종래 복수개의 전지셀을 적층시켜 전지모듈을 마련하고, 이를 팩 케이스에 수납하여 배터리 팩을 구성할 시, 전지셀 적층 방향 양단 최외측에는 엔드 플레이트가 구비되고, 이러한 엔드 플레이트는 면압을 유지하면서 전지셀과 카트리지를 보호 및 고정하기 위한 것이다.

하지만, 이와 같은 종래 전지 팩에서는 엔드 플레이트를 고정시키는 구성과는 별도로, 전지모듈을 팩 케이스를 고정시켜야 한다. 대표적으로 전지모듈을 고정시키기 위해, 전지모듈과 팩 케이스 사이를 볼트와 너트 등 체결 부재를 이용해 고정시키고, 이 경우 이러한 체결 부재를 마련하기 위해 별도의 공간을 마련할 필요가 있다. 또한, 셀 어셈블리와 팩 케이스를 체결시키는 작업을 수행하기 위해서도 팩 케이스에는 여유 공간이 필요할 뿐만 아니라 조립 공정이 어려워 생산성 저하와 함께 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.

한편, 전지모듈 또는 전지 팩은 디바이스의 다양한 운용 환경의 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어, 온도 조건에 따라 전지 팩 등의 충전량과 출력에 차이가 크게 나타날 수 있고, 따라서 전지 팩의 온도를 소정 조건으로 유지할 수 있도록 냉각 수단 또는 히팅 수단이 함께 구비된다.

특히, 전지셀들은 좁은 공간에 밀집되어 있는 형태이기 때문에 각 전지셀에서 발생하는 열을 용이하게 방출하는 것이 매우 중요하다. 전지셀의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발까지 이어질 수 있다.

한국등록특허공보 제1833526호 한국공개특허공보 제2017-0098590호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 밀도를 높고 나아가 조립성과 제조비용을 절감할 수 있는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 방열효과가 향상된 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩은, 소정 크기의 수납공간을 갖는 하부 케이스(100); 상기 하부 케이스(100) 상부에 결합되며 소정 크기의 수납공간을 갖는 상부 케이스(200); 상기 하부 케이스(100)와 상부 케이스(200)에 의해 형성되는 수납공간에 수납되는 전지모듈(400);을 포함하되, 상기 전지모듈(400)은, 사각형 모양의 프레임 본체(411)와 상기 프레임 본체(411) 내측면에 위치하는 냉각플레이트(415)를 포함하는 프레임(410), 및 상기 냉각플레이트(415) 상면과 하면에 수평하게 인근하도록 2개씩 각각 장착되는 전지셀(420)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 프레임(410)은 수직방향을 따라 복수개 적층되며, 일측 단부에는 전지셀(420)의 일측 리드와 연결되는 전면 ICB(430), 타측 단부에는 전지셀(420)의 타측 리드와 연결되는 후면 ICB(450)가 결합되고, 상기 전면 ICB(430)에는 인근하여 위치한 복수개의 전지셀(420) 리드가 각각 고정되며 수평 방향으로 소정 거리 이격된 상태로 위치하는 한 쌍의 제1 버스바(431), 및 상기 한 쌍의 제1 버스바(431)들을 전기적으로 연결하는 제2 버스바(432)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 하부 케이스(100)와 상부 케이스(200) 공간부에 전지모듈(400)이 고정될 수 있도록, 상기 프레임 본체(411) 모서리에는 상부 케이스(200)를 관통하여 삽입되는 볼트(B)를 수용하기 위한 체결홀(412(a))이 형성된 1개 이상의 체결부(412)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 상부 케이스(200)의 일측 벽면에는 냉각용 공기가 유입되는 공기 입구(210)가 구비되고, 타측 방향에는 유입된 공기를 외부로 방출하기 위한 팬(300)이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 공기 입구(210)로 유입되는 공기는 상기 팬(300)의 흡입력에 의해 유입되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 팬(300)과 전지모듈(400) 사이에는 소정 높이를 갖는 판형 안내 리브(320)가 소정 거리 이격된 채 복수개 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 안내 리브(320)는 금속재질로 이루어지고, 공기가 상기 팬(300)을 향하여 이동할 수 있도록 소정 각도 절곡되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 프레임 본체(411)에는 수평방향을 따라 공기가 관통할 수 있도록 서로 마주 보는 한 쌍의 변에는 공기 이동홀(411(a))이 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 공기 이동홀(411(a)) 중 하나는 공기 입구(210)를 향하고, 나머지 하나는 팬(300)을 향하도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 공기 이동홀(411(a))이 형성되어 있지 않는 나머지 한 쌍의 변에는, 프레임(410)을 지지하기 위한 지지판(413)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 지지판(413)에는, 아래를 향해 소정 길이 연장된 돌출부(413(a)) 및 상기 돌출부(413(a))가 안착되는 절개부(413(b))가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 체결부(412)에는, 아래를 향해 소정 길이 연장된 날개부(412(b))와 상기 날개부(412(b))가 삽입되는 수용홈(412(c))이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 하부 케이스(100)에는, 전지셀(420)에서 발생한 가스 흐름을 유도하기 위한 가스 배출유로(110)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전지 팩에서, 상기 가스 배출유로(110)에는 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출튜브(120)가 연결된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 전술한 전지 팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 의하면, 냉각플레이트를 사이에 두고 복수개의 전지셀이 수평 방향으로 나란하게 위치하고 있어 에너지 밀도가 향상된다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 의하면, 전지셀이 장착되는 프레임에는 상하부 케이스 고정을 위한 볼트가 관통될 수 있는 체결부가 구비되어 있어, 전지모듈 고정을 위한 별도의 체결수단이 필요 없고 따라서 에너지 밀도 향상과 함께 조립공정 개선과 제조비용을 절약할 수 있다는 장점이 있다.

게다가 본 발명에 따른 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 의하면, 케이스 내부를 부압으로 유지하기 위한 팬, 및 공기 흐름방향과 흐름양을 조절할 수 있는 복수개의 안내 리브가 구비되어 있어, 냉각용 공기가 전지모듈의 모든 공간부를 이동할 수 있고, 결과적으로 발생한 열을 효과적으로 배출하는 것이 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 입구측에서 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 출구측에서 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이스에 내장되는 단위모듈의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위모듈의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프레임의 확대 사시도이다.
도 10은 도 9의 프레임을 A-A′방향을 따라 절단한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 출구측의 확대사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 가스흐름 방향을 설명하기 위한 수직 절단도이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 따른 에너지밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩에 관하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 평면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 저면도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 입구측에서 바라본 도면, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 출구측에서 바라본 도면 그리고 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다.

이들 도 1 내지 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 팩은 전지모듈(400)을 수납하면서 외부 충격으로부터 전지모듈을 보호하기 위한 소정 크기의 수납공간을 갖는 하부 케이스(100)와, 상기 하부 케이스(100) 상부에 결합되는 상부 케이스(200)를 포함하여 이루어진다.

상부 케이스(200)의 소정 위치, 보다 상세하게는 일측 벽면에는 케이스 내부에 수납된 전지모듈(400)을 냉각할 목적으로 공기가 인입되는 공기 입구(210)가 구비되고, 타측 방향에는 내부 열기에 의해 승온된 공기를 외부로 방출하기 위한 팬(300)이 구비되어 있다.

이하에서는 공기 입구(210)가 구비된 방향을 후방, 팬(300)이 장착된 방향을 전방이라 정의하여 설명하기로 한다.

전지모듈(400)을 이루는 전지셀은 충전과 방전이 반복되는 작동과정에서 필연적으로 많은 열이 발생하며 고온으로 노출된 전지셀들은 내부에서 다량의 가스가 발생된다.

상기와 같은 전지셀에서 발생한 가스를 케이스 외부로 유도하기 위하여, 하부 케이스(100) 내측면에는 소정 형상으로 이루어진 가스 배출유로(110)와 가스 배출구(111)가 구비되어 있고, 가스 배출유로(110)를 따라 모인 가스를 외부 소정 위치까지 유도하기 위한 가스 배출튜브(120)가 가스 배출구(111)에 연결된 채 하부 케이스(100) 외측 저면 소정 위치까지 연장되어 있다.

전지모듈(400)은 하부 케이스(100)와 상부 케이스(200) 결합에 의해 형성되는 공간부, 보다 구체적으로는 다소 후방에 위치하며, 전지모듈(400)과 팬(300) 사이에는 안내 리브(320)가 장착되어 있고, 이와 관련하여서는 후술하기로 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이스에 내장된 단위모듈의 분해 사시도, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위모듈의 정면도, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프레임의 확대 사시도 그리고 도 10은 도 9의 프레임을 A-A′방향을 따라 절단한 사시도이다.

전지모듈(400)은, 대략 사각형 모양을 갖는 복수개의 프레임(410), 프레임(410)에 고정되는 전지셀(420), 전면 ICB(430), 전면 ICB 커버(440), 후면 ICB(450), 후면 ICB 커버(460) 및 엔드 플레이트(470)를 포함하여 이루어진다.

먼저 프레임(410)에 관해 상세하게 설명하면, 프레임(410)은 사각형 모양의 프레임 본체(411), 체결부(412), 지지판(413), 분리벽(414) 그리고 냉각플레이트(415)를 포함하도록 구성된다.

전지셀(420)이 장착되는 프레임 본체(411)에는 수평방향(X축 방향)을 따라 공기가 관통할 수 있도록 서로 마주 보는 한 쌍의 변 가운데에 공기 이동홀(411(a))이 형성되어 있고, 가장자리에는 전지셀에서 발생한 가스를 유도하기 위한 가스 이동홀(411(b))이 구비되어 있다. 따라서 케이스 내에 수납될 시에는 한 쌍의 공기 이동홀(411(a)) 중 하나는 공기 입구(210)를 향하고 나머지 하나는 팬(300)을 향하도록 위치해야 한다.

체결부(412)는 하부 케이스(100)와 상부 케이스(200) 공간부 내에서 전지모듈(400)이 유동하지 못하도록 고정하기 위한 것으로, 프레임 본체(411)를 형성하는 서로 마주보는 두 쌍의 변들이 만나는 꼭지점에 구비된다.

구체적으로, 체결부(412)는 상부 케이스(200)와 하부 케이스(100)를 서로 고정하기 위해 삽입하는 볼트(B)를 수용할 수 있도록 체결홀(412(a))이 높이 방향을 따라 형성되어 있다. 따라서 케이스 내에 전지모듈(400)을 고정할 시, 별도의 체결수단 없이 상부 케이스(200)와 하부 케이스(100)를 결합하는 볼트(B)를 활용하기 때문에 제조비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 제조공정이 간편하다는 장점이 있다.

게다가 체결부(412)에는 날개부(412(b))와 수용홈(412(c))이 더 구비될 수 있다. 날개부(412(b))는 일측면을 따라 아래를 향해 소정 길이 연장된 채 하측 가장자리에는 걸림돌기가 형성되어 있고, 수용홈(412(c))은 걸림돌기가 구비된 날개부(412(b))가 삽입 및 고정될 수 있도록 상부에 구비된다. 따라서 복수개의 프레임 본체(411)가 서로 적층될 시, 상대적으로 상부에 위치하는 날개부(412(b))는 아래에 위치하는 수용홈(412(c))에 삽입되기 때문에 프레임 본체(411)들간 서로 안정적으로 결합 고정될 수 있다.

프레임 본체(411), 보다 상세하게는 공기 이동홀(411(a))이 형성되어 있지 않은 한 쌍의 변의 가운데에 구비되는 지지판(413)은 프레임 본체(411)가 휘어짐을 방지하고 나아가 프레임 본체(411)들 간의 좌우 유동을 억제하기 위한 것이다.

본 발명에서는 에너지밀도를 높일 목적으로 냉각플레이트(415)를 사이에 두고 총 4개의 전지셀(420)이 하나의 프레임 본체(411)에 고정되며, 따라서 자칫 아래로 쳐지는 현상이 발생할 수 있다.

하지만 프레임 본체(411) 중앙에 지지판(413), 예를 들어 아래를 향해 소정 길이 연장된 돌출부(413(a))와 상기 돌출부(413(a))가 안착될 수 있는 절개부(413(b))가 형성된 모양의 지지판(413)가 구비되면 복수개의 프레임 본체(411)가 서로 적층될 시, 상대적으로 상부에 위치하는 돌출부(413(a))는 아래에 위치하는 절개부(413(b))에 안착되기 때문에 프레임 본체(411)가 쳐지는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 좌우로의 움직임을 제한할 수 있다.

한편 도면들에서는 돌출부(413(a))와 절개부(413(b))의 단면이 직사각형 모양인 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 삼각형 또는 오각형이어도 무방하다.

한 쌍의 지지판(413)들 사이에는 프레임 본체(411)를 양분하는 형상으로 소정의 높이를 갖는 긴 분리벽(414)이 위치할 수 있고, 이러한 분리벽(414)은 서로 인근하여 장착되는 전지셀(420)들이 직접적으로 접촉하는 것을 방지하고 나아가 프레임 본체(411)가 쳐지는 현상을 확실하게 억제하기 위한 것이다.

여기서, 한 쌍의 지지판(413)과 분리벽(414)이 일체로 이루어질 수 있고, 필요에 따라서는 별도로 제작된 후 조립되어도 무방하다.

금속재질의 냉각플레이트(415)는 프레임 본체(411) 내측면에 위치하여 전지셀(420)을 냉각하는 기능을 수행한다. 특히, 일측의 공기 이동홀(411(a))로 유입된 공기가 반대측의 공기 이동홀(411(a))로 배기될 수 있도록, 냉각플레이트(415)에는 소정의 공간부가 형성된 다층구조인 것이 바람직하고, 이를 통해 전지셀(420)에서 생성되는 가스와 냉각용 공기가 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

계속해서, 냉각플레이트(415)를 사이에 두고 상면과 하면에 면접촉하도록 위치하는 2개씩의 전지셀(420)은 전극 조립체(미도시)를 수용하는 셀 케이스(421), 셀 케이스(421) 외측으로 서로 대향하도록 소정 길이 연장된 한 쌍의 리드(422)를 포함하여 이루어진다.

셀 케이스(421)에 내장된 전극 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.

셀 케이스(421)는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.

내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.

그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.

한편, 한 쌍의 리드(422)들은 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후, 셀 케이스(421) 외부로 노출되는 구조로 이루어질 수 있고, 양극 탭과 음극 탭 없이 셀 케이스(421)가 직접 전극조립체와 셀 케이스(421) 외부를 연결하는 구조일 수도 있다.

한편, 도면에서는 4개의 전지셀(420)이 냉각플레이트(415) 양측면에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과하며 냉각플레이트(415)의 일측면에만 위치할 수도 있다.

전면 ICB(430)와 전면 ICB 커버(440), 그리고 후면 ICB(450)와 후면 ICB 커버(460)는 각각 기능과 구성이 동일하므로, 이하에서는 전면 ICB(430)와 전면 ICB 커버(440)를 예를 들어 설명하기로 한다.

ICB(Internal Circuit Board)는 이웃하는 전지셀(420) 리드(422)들은 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 전면 ICB(430)에는 서로 인근한 채 상하 그리고 수평방향으로 복수개 적층되어 있는 전지셀(420) 리드가 각각 고정될 수 있도록 소정 거리 이격된 상태로 위치하는 한 쌍의 제1 버스바(431)가 구비되어 있다. 또 이격되어 있는 이들 한 쌍의 제1 버스바(431)들을 제2 버스바(432)에 의해 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 리드(422)들과 제1 버스바(431)는 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 서로 접합할 수 있으나 상기 방법으로 제한하지 않는다.

전면 ICB 커버(440)는 전면 ICB(430) 외측에 장착되어 전면 ICB(430)을 물리적 충격 등으로부터 보호한다.

한편, 가장 상부에는 프레임(410)에 장착된 전지셀(420)을 소정힘으로가압하고 또 외부 충격으로부터 보호하기 위한 것이다.

이어서, 전지모듈(400)에서 발생한 열의 냉각과 전지셀(420)에서 발생한 가스를 배출하는 구성과 관련하여 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 공기 출구측의 확대사시도이고, 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 팩에서 가스흐름 방향을 설명하기 위한 수직 절단도이다.

도 6을 함께 참고하면서 설명하면, 전술한 바와 같이 전면에는 팬(300)이 위치하고, 팬(300)과 전지모듈(400) 사이에는 안내 리브(320)가 구비된다.

여기서, 팬(300)은 흡입력, 즉 케이스 내부가 부압을 형성할 수 있도록 흡입력을 발생시킨다. 이는 상부 케이스(200)의 공기 입구(210)로 공기가 유입된 후 프레임 본체(411)의 공기 이동홀(411(a))을 경유할 수 있도록 하기 위한 것으로, 상기와 같은 부압 형성을 통해 전지모듈(400)의 모든 공간부를 공기가 통과할 수 있도록 하기 위함이다.

특히, 유입된 공기가 팬(300)을 향할 수 있도록, 팬(300)과 전지모듈(400) 사이에 소정 높이를 갖는 일자형 평판, 절곡부가 구비된 평판 등의 안내 리브(320)를 소정 거리 이격되도록 복수개 구비시키면 공기의 흐름방향과 흐름양까지도 조절하는 것이 가능하다.

일 예로, 안내 리드(320)들과의 이격 거리, 또 팬(300)과 가까운 곳에는 절곡부가 구비된 평판을 설치하고, 상대적으로 떨어져 있는 곳에는 일자형 평판을 위치시킴으로써 공기의 흐름과 양을 조절할 수 있다.

여기서, 안내 리브(320)는 냉각 효과를 높일 수 있도록 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 전지셀(420)에서 발생한 가스는 가스 이동홀(411(b))과 가스 배출유로(110)를 경유한 후, 가스 배출튜브(120)를 통해 정해진 위치로 가스가 배출된다.

본 발명에 따른 전지 팩은 각종 디바이스, 예를 들어 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

100 : 하부 케이스
110 : 가스 배출유로
111 : 가스 배출구
120 : 가스 배출튜브
200 : 상부 케이스
210 : 공기 입구
220 : 볼트 수용홀
300 : 팬
310 : 공기 출구 덕트
320 : 안내 리브
400 : 전지모듈
410 : 프레임
411 : 프레임 본체
411(a) : 공기 이동홀 411(b) : 가스 이동홀
412 : 체결부
412(a) : 체결홀 412(b) : 날개부
412(c) : 수용홈
413 : 지지판
413(a) : 돌출부 413(b) : 절개부
414 : 분리벽 415 : 냉각플레이트
420 : 전지셀
421 : 셀 케이스 422 : 리드
430 : 전면 ICB
431 : 제1 버스바 432 : 제2 버스바
440 : 전면 ICB 커버
450 : 후면 ICB
460 : 후면 ICB 커버
470 : 엔드 플레이트
B : 볼트

Claims

소정 크기의 수납공간을 갖는 하부 케이스;
상기 하부 케이스 상부에 결합되며 소정 크기의 수납공간을 갖는 상부 케이스;
상기 하부 케이스와 상부 케이스에 의해 형성되는 수납공간에 수납되는 전지모듈;을 포함하되,
상기 전지모듈은, 사각형 모양의 프레임 본체와 상기 프레임 본체 내측면에 위치하는 냉각플레이트를 포함하는 프레임, 및 상기 냉각플레이트 상면과 하면에 수평하게 인근하도록 2개씩 각각 장착되는 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제1항에 있어서,
상기 프레임은 수직방향을 따라 복수개 적층되며, 일측 단부에는 전지셀의 일측 리드와 연결되는 전면 ICB, 타측 단부에는 전지셀의 타측 리드와 연결되는 후면 ICB가 결합되고,
상기 전면 ICB에는 인근하여 위치한 복수개의 전지셀 리드가 각각 고정되며 수평 방향으로 소정 거리 이격된 상태로 위치하는 한 쌍의 제1 버스바, 및 상기 한 쌍의 제1 버스바들을 전기적으로 연결하는 제2 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제2항에 있어서,
상기 하부 케이스와 상부 케이스 공간부에 전지모듈이 고정될 수 있도록, 상기 프레임 본체 모서리에는 상부 케이스를 관통하여 삽입되는 볼트를 수용하기 위한 체결홀이 형성된 1개 이상의 체결부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제1항에 있어서,
상기 상부 케이스의 일측 벽면에는 냉각용 공기가 유입되는 공기 입구가 구비되고, 타측 방향에는 유입된 공기를 외부로 방출하기 위한 팬이 구비된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제4항에 있어서,
상기 공기 입구로 유입되는 공기는 상기 팬의 흡입력에 의해 유입되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제5항에 있어서,
상기 팬과 전지모듈 사이에는 소정 높이를 갖는 판형 안내 리브가 소정 거리 이격된 채 복수개 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제6항에 있어서,
상기 안내 리브는 금속재질로 이루어지고, 공기가 상기 팬을 향하여 이동할 수 있도록 소정 각도 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제4항에 있어서,
상기 프레임 본체에는 수평방향을 따라 공기가 관통할 수 있도록 서로 마주 보는 한 쌍의 변에는 공기 이동홀이 각각 형성되고,
상기 한 쌍의 공기 이동홀 중 하나는 공기 입구를 향하고, 나머지 하나는 팬을 향하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제8항에 있어서,
상기 공기 이동홀이 형성되어 있지 않는 나머지 한 쌍의 변에는, 프레임을 지지하기 위한 지지판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제9항에 있어서,
상기 지지판에는, 아래를 향해 소정 길이 연장된 돌출부 및 상기 돌출부가 안착되는 절개부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제3항에 있어서,
상기 체결부에는, 아래를 향해 소정 길이 연장된 날개부와 상기 날개부가 삽입되는 수용홈이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제2항에 있어서,
상기 하부 케이스에는, 전지셀에서 발생한 가스 흐름을 유도하기 위한 가스 배출유로가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제12항에 있어서,
상기 가스 배출유로에는 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출튜브가 연결된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 전지 팩을 포함하는 디바이스.