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KR102352295B1 - 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 - Google Patents

냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 Download PDF

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KR102352295B1
KR102352295B1 KR1020170176410A KR20170176410A KR102352295B1 KR 102352295 B1 KR102352295 B1 KR 102352295B1 KR 1020170176410 A KR1020170176410 A KR 1020170176410A KR 20170176410 A KR20170176410 A KR 20170176410A KR 102352295 B1 KR102352295 B1 KR 102352295B1
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cooling fin
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유하늘
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 서로 인접한 파우치 셀 사이마다 배치되는 냉각핀; 상기 셀 적층체의 양 측부에 배치되며 상기 냉각핀과 접촉되는 한 쌍의 히트 싱크;를 포함하며, 상기 파우치 셀과 냉각핀이 대면하는 영역에 있어서, 상기 파우치 셀을 이루는 금속층은 외부로 노출되다.

Description

냉각 효율이 향상된 배터리 모듈{Battery module with improved cooling efficiency}
본 발명은 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 종래의 냉각핀과 비교하여 더 우수한 열 방출 성능을 갖는 냉각핀을 적용함으로써 향상된 냉각 효율을 갖도록 구성된 배터리 모듈에 관한 것이다.
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 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치 타입의 셀이 많이 이용된다.
하지만, 파우치 타입 셀은, 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치 타입 셀을 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 프레임을 이용하는 경우가 많다.
프레임은 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있는데, 보통 중앙 부분이 비어 있는 사각 플레이트 형태로 구성되는 경우가 많으며, 이때 4개의 변 부분이 파우치 타입 셀의 외주부를 감싸도록 구성된다. 그리고, 이러한 프레임은 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 파우치 타입 셀은 프레임이 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 종래의 배터리 모듈 구조가 나타나 있다. 이와 같은 종래의 배터리 모듈 구조는, 다수의 프레임(2)을 이용하여 다수의 파우치 타입 셀(1)이 적층되도록 하는 경우, 한 쌍의 파우치 타입 셀(1) 각각의 외측면 상에 플레이트 형태의 냉각 핀(3)을 적용함으로써 냉각 효율을 높인다.
이차 전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차 전지 자체적으로도 열이 발생할 수 있다. 이때, 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차 전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성할 때 파우치 타입 셀(1)의 면과 접촉하도록 냉각 핀(3)을 적용하고 이러한 냉각 핀(3)이 그 하부에 위치한 냉각 플레이트(4)와 접촉하도록 함으로써 배터리 모듈의 전체적인 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 많이 이용된다.
그러나, 통상적으로 금속 재질로 구성되는 이러한 냉각 핀(3)을 대면하는 파우치 타입 셀(1)들 사이에 개재시켜 배터리 모듈을 구성하는 경우, 냉각 핀(3)과 배우치 셀(1)의 표면 사이의 재질 차이로 인한 접촉 열 저항이 매우 클 수 밖에 없고, 또한 이처럼 단순히 금속의 전도성에 의존하는 냉각 방식만으로는 큰 발열이 발생하는 상황에서 충분한 냉각이 이루어지기 어려울 수도 있다는 문제가 있다.
따라서, 이러한 접촉 열 저항을 감소시키고 또한 단순한 열 전도방식 이 외에 좀 더 효율적으로 열을 방출할 수 있도록 하는 냉각 방식이 적용된 배터리 모듈 구조에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 냉각 핀과 파우치 셀 간의 접촉에 따른 열 저항을 감소시키거나 완전히 제거하고, 또한 단순한 열 전도방식 이 외에 좀 더 효율적으로 열을 방출할 수 있도록 하는 냉각 방식이 적용된 배터리 모듈 구조를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 서로 인접한 파우치 셀 사이마다 배치되는 냉각핀; 상기 셀 적층체의 양 측부에 배치되며 상기 냉각핀과 접촉되는 한 쌍의 히트 싱크;를 포함하며, 상기 파우치 셀과 냉각핀이 대면하는 영역에 있어서, 상기 파우치 셀을 이루는 금속층은 외부로 노출되다.
상기 파우치 셀과 냉각핀이 대면하는 영역에 있어서, 상기 금속층은 상기 냉각핀과 직접 접촉할 수 있다.
상기 파우치 셀과 냉각핀이 대면하는 영역에 있어서, 상기 금속층과 냉각핀은 일체로 형성될 수 있다.
상기 냉각핀의 양 측 단부는 상기 히트 싱크 내부로 삽입될 수 있다.
상기 셀 적층체를 이루는 파우치 셀들 중 하나의 셀을 기준으로 양 측에 배치되는 한 쌍의 냉각핀 중 어느 하나만 상기 금속층과 일체로 형성될 수 있다.
상기 냉각핀은, 외관은 평판형이고, 내부는 기공이 형성되어 부분적으로 비어 있는 다공 구조를 가질 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 기공을 채우는 상변화 물질로 이루어진 냉매를 포함할 수 있다.
상기 냉각핀 중 상기 셀 적층체의 외측으로 노출된 부분은 표면에 형성된 절연층을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각 핀과 파우치 셀 간의 접촉에 따른 열 저항을 감소시키거나 완전히 제거하는 효과를 얻을 수 있으며, 이로써 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 단순한 열 전도방식 이 외에 잠열을 이용한 열 교환 방식이 적용될 수 있으며, 이로써 배터리 모듈의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 냉각 핀이 적용된 종래의 배터리 모듈 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 파우치 셀을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 A 영역에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 은 도 4의 B 영역에 대한 단면의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 냉각핀의 표면에 절연처리가 된 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 적용되는 냉각핀의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 파우치 셀을 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 파우치 셀(10)이 적층되어 형성된 셀 적층체, 인접한 파우치 셀(10) 사이마다 개재되는 복수의 냉각핀(20) 및 셀 적층체의 양 측에 배치되는 한 쌍의 히트 싱크(30)를 포함하는 형태로 구현된다.
다음은, 도 2와 함께 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 파우치 셀(10)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 파우치 셀을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 A 영역에 대한 단면도이다.
도 2와 함께 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 파우치 셀(10)은, 전극 조립체(미도시), 파우치 케이스(11) 및 한 쌍의 전극 리드(14)를 포함한다.
도면에 도시되지는 않았으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최 외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 전극 리드(14)와 연결되는 양극탭으로서 기능한다.
마찬가지로, 상기 음극판은 음극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 음극 활물질 층이 코팅되지 않은 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 무지부 영역은 전극 리드(14)와 연결되는 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(12)는, 전극 조립체의 상부를 커버하는 상부 케이스와 하부를 커버하는 하부 케이스로 이루어질 수 있고, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은 최 내층에 해당하는 제1 수지층(11a)/중간층에 해당하는 금속층(11b)/최 외층에 해당하는 제2 수지층(11c)으로 구성되는 다층의 파우치 필름으로 이루어질 수 있다(도 5 참조).
이러한 파우치 필름은, 부분적으로는 제2 수지층(11c)이 생략되고 제1 수지층(11a)/금속층(11b)만이 적층된 형태를 갖는데, 이와 관련해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 파우치 필름의 최 내측면을 이루는 제1 수지층(11a)은, 상/하부 케이스가 맞닿은 상태로 열을 가하였을 때 서로 잘 융착이 될 수 있도록 하기 위해 열 융착성을 갖는 수지로 이루어질 수 있다. 이러한 제1 수지층(11a)으로는 무연신 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물 등이 이용될 수 있다. 상기 금속층(11b)으로는 알루미늄(Al) 등의 열전도성이 우수한 금속이 이용될 수 있다. 또한, 최 외층을 이루는 제2 수지층(11c)으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론 또는 이들의 혼합물 등이 이용될 수 있다.
상기 파우치 케이스(11)는 전극 조립체(미도시)를 수용하는 수용부(12) 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(14)가 외부로 인출된 상태로 열 융착되어 파우치 케이스(12)를 밀봉시키는 실링부(13) 이렇게 두 영역을 포함한다.
상기 전극 리드(14)는, 양극탭에 연결되는 양극 리드 및 음극탭에 연결되는 음극 리드로 구분되며, 양극 리드와 음극 리드 각각은 파우치 케이스(11)의 외측으로 인출된다. 본 발명의 도면에서는 한 쌍의 전극 리드(14)가 서로 다른 방향으로 인출된 경우만이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며, 한 쌍의 전극 리드(14)는 서로 동일한 방향으로 인출되는 것도 가능한 것이다.
다음은, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 냉각핀(20)에 대해서 설명하기로 하며, 또한 냉각핀(20)과 파우치 셀(10) 간의 배치 또는 연결 관계에 대해서도 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면 단면도이고, 도 6 내지 도 8은 은 도 4의 B 영역에 대한 단면의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 상기 냉각핀(20)은, 예를 들어 알루미늄(Al) 등과 같이 열전달이 우수한 금속 재질로 이루어지는 것으로서, 인접한 파우치 셀(10) 사이에 개재되어 파우치 셀(10)에서 발생되는 열을 외부로 방출한다. 구체적으로, 상기 냉각핀(20)은, 길이방향 양 측 단부가 셀 적층체의 외측으로 노출되되 히트 싱크(30)와 접촉됨으로써 파우치 셀(10)에서 발생된 열을 히트 싱크(30)쪽으로 전달하여 배터리 모듈의 외부로 방출한다.
또한, 상기 냉각핀(20)은, 히트 싱크(30)의 외측 면에만 접촉될 수도 있지만, 냉각 효율의 극대화를 위해, 히트 싱크(30)의 내부에 삽입된 형태를 가짐으로써 히트싱크(30) 내부에 흐르는 냉각 유체와의 직접 접촉되도록 할 수도 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀(10)과 냉각핀(20)의 배치 관계가 나타나 있다. 구체적으로, 상기 파우치 셀(10)은 수용부(12)의 일부 영역, 즉 냉각핀(20)과 대면하는 영역에서는 다른 영역과는 달리 제2 수지층(11c)(도 4 참조)이 생략된 형태를 갖는다.
즉, 해당 영역에서는 파우치 필름의 금속층(11b)이 수지층에 의해 커버되어 있지 않고, 그대로 외부로 노출이 되는 형태를 나타내며, 이처럼 외부로 노출된 금속층(11b)은 냉각핀(20)과 직접 맞닿음으로써 금속간의 직접적인 열전달을 통해 열전도의 효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 도 6에 나타난 것과는 다른 실시 형태로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀(10)과 냉각핀(20)의 연결관계가 나타나 있다. 구체적으로, 상기 파우치 셀(10)은 수용부(12)의 일부 영역, 즉 냉각핀(20)과 대면하는 영역에서는 다른 영역과는 달리 제2 수지층(11c)(도 4 참조)이 생략된 형태를 가질 뿐만 아니라, 양 쪽 수용부(12) 전부에서 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 일체로 형성될 수 있다.
이처럼 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 물리적으로 구분되는 요소가 아니라 하나의 일체로 형성되어 하나의 부품을 이루는 경우, 금속 간의 접촉 계면에서 발생되는 접촉 열저항이 발생되지 않으므로 더욱 열 전도의 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 도 6 및 도 7에 나타난 것과는 다른 실시 형태로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀(10)과 냉각핀(20)의 연결관계가 나타나 있다. 구체적으로, 상기 파우치 셀(10)은 수용부(12)의 일부 영역, 즉 냉각핀(20)과 대면하는 영역에서는 다른 영역과는 달리 제2 수지층(11c)(도 4 참조)이 생략된 형태를 가질 뿐만 아니라, 양 쪽 수용부(12) 중 어느 하나의 수용부에서만 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 일체로 형성될 수 있다.
즉, 양 면 상에 냉각핀(20)이 배치된 파우치 셀(10)에 있어서, 일 면에서는 물리적으로 서로 분리된, 즉 일체가 아닌 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 서로 맞닿아 있고, 반대측 타 면에서는 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 물리적으로 일체화되어 하나의 부품을 형성하고 있는 것이다.
이처럼, 파우치 셀(10)의 어느 일 면에서만 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 물리적으로 일체화된 형태를 갖는 경우에는, 일 면 상에 냉각핀(20)이 일체로 연결된 파우치 셀(10) 복수개를 적층하고, 제일 마지막 층에는 냉각핀(20)이 연결되지 않은 일반적인 파우치 셀을 하나 적층시키는 간단한 방법에 의해 복수의 파우치 셀(10)과 파우치 셀(10) 사이마다 개재되는 냉각핀(20)으로 이루어지는 조립체를 만들어낼 수 있다.
다음은, 도 9를 참조하여, 본 발명에 적용되는 냉각핀(20)에 절연층(L)이 형성되는 경우에 대해서 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명에 적용되는 냉각핀의 표면에 절연처리가 된 모습을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 냉각핀(20)은 셀 적층체의 외측으로 노출된 부분에 형성된 절연층(L)을 구비할 수 있다.
이는, 셀 적층체의 외측으로 노출된 냉각핀(20)의 양 측 단부는 배터리 모듈의 사용 과정에서 휘어짐 등에 의해 파우치 셀(10)과 닿을 수 있고, 이 때 파우치 셀(10)의 파손 등에 의해 내부 금속층(11b)과 냉각핀(20)이 접촉되어 전기적 단락이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 절연층(L)은 금속으로 이루어진 냉각핀(20)의 표면에 산화처리에 의해 형성된 얇은 산화피막일 수 있다. 물론, 상기 절연층(L)은 냉각핀(20)의 단부를 통한 열 방출을 크게 저해하지 않으면서도 절연성을 갖는 물질이라면 제한 없이 사용 가능한 것이기에 이러한 산화피막으로 제한되는 것은 아니며, 냉각핀(20)의 표면에 절연성을 갖는 세라믹층을 코팅하는 방식 등에 의해 형성될 수도 있는 것이다.
한편, 상기 절연층(L)은 절연을 목적으로 하는 것이라는 점을 고려할 때, 냉각핀(20) 중 셀 적층체(10)의 외측으로 노출된 부분의 표면에 형성되되, 냉각핀(20)의 단부 전체를 완전히 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음은, 도 10을 참조하여, 본 발명에 적용되는 냉각핀(20)이 내부에 냉각의 효율을 극대화 시키기 위한 상변화 물질을 함유하는 경우에 대해서 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명에 적용되는 냉각핀의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 적용되는 냉각핀(20)은, 외관은 평판형이지만, 내부는 완전히 채워져 있지 않고 중심부(20a)가 완전히 비어 있는 형상을 가지며, 또한 가장자리 부분(20b)은 다수의 기공(P)이 형성되어 부분적으로 비어 있는 다공 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 기공(P)은 중심부(20a)에 형성된 빈 공간과 연결되어 고체에서 액체로 또는 액체에서 기체로 상변화된 냉매는 기공(P)으로부터 중심부(20a)의 빈 공간으로 이동하여 냉각핀(20)의 단부를 향해 이동함으로써 열 방출을 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 냉각핀(20)의 내부에 형성된 기공(20a)에는 잠열을 이용하여 파우치 셀(10)에서 발생된 열을 냉각핀(20)쪽으로 빼앗아 올 수 있도록 하는 상변화 물질(PCM: Phase Change Material)이 함유될 수 있다.
이러한 상변화 물질은, 통상 고체 상태로 존재하다가 파우치 셀(10)의 열 발산량이 커지게 되면 그 열을 흡수하여 액체 상태로 변화하고 이 과정에서 흡수된 잠열을 히트 싱크(30)에 빼앗기면서 다시 고체 상태로 돌아오게 될 수 있으며, 이와는 달리 액체 상태에서 열을 흡수하여 기체 상태로 변화하고 이 과정에서 흡수된 잠열을 히트 싱크(30)에 빼앗기면서 다시 액체 상태로 돌아오게 될 수도 있는 것이다.
이러한 상변화 물질로는 상변화를 일으키는 다양한 공지의 상변화 물질이 제한 없이 사용될 수 있으며, 파우치 셀(10)의 종류나 사이즈에 따른 방출 열의 양을 고려하여 적절한 온도 범위에서 상변화를 일으키는 물질이 선택될 수 있다.
한편, 다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 히트 싱크(30)는 내부가 냉각수, 절연유 등의 냉각 유체가 흐를 수 있도록 비어 있는 플레이트 형상의 냉각 부재로서, 셀 적층체의 양 측부에 배치되어 냉각핀(20)과 접촉된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 냉각핀(20)의 단부는 히트 싱크(30)를 관통하여 히트 싱크(30)의 내부에 위치할 수 있으며, 이 경우 히트 싱크(30)의 내부를 흐르는 냉각 유체가 냉각핀(20)과 직접 접촉함으로써 파우치 셀(10)로부터 냉각핀(20)으로 전달된 열을 효율적으로 외부로 방출할 수 있게 된다.
또한, 상기 냉각핀(20)과 히트 싱크(30)가 만나는 지점에는 용접부가 형성되어 냉각핀(20)과 히트 싱크(30)가 고정되도록 하며, 이로써 히트 싱크가 셀 적층체와 냉각핀(20)으로 이루어진 조립체의 양 측부에 고정될 수 있도록 한다. 즉, 상기 냉각핀(20)과 히트 싱크(30)는 용접에 의해 결합될 수 있는데, 이 경우 용접부는 히트 싱크(30)의 외측에 형성될 수도 있고, 내측에 형성될 수도 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 파우치 셀
11: 파우치 케이스
11a: 제1 수지층
11b: 금속층
11c: 제2 금속층
12: 수용부
13: 실링부
14: 전극 리드
20: 냉각핀
20a: 기공
L: 절연층
30: 히트싱크

Claims (10)

  1. 복수의 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    서로 인접한 파우치 셀 사이마다 배치되는 냉각핀;
    상기 셀 적층체의 양 측부에 배치되며 상기 냉각핀과 접촉되는 한 쌍의 히트 싱크;
    를 포함하며,
    상기 파우치 셀은,
    양극탭 및 음극탭을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 최 내층에 해당하는 제1 수지층, 중간층에 해당하는 금속층 및 최 외층에 해당하는 제2 수지층을 포함하는 다층의 파우치 필름으로 이루어지는 파우치 케이스; 및
    상기 양극탭 및 음극탭과 각각 연결되며 상기 파우치 케이스의 외측으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드;
    를 포함하고,
    상기 파우치 셀과 냉각핀이 대면하는 영역에 있어서, 상기 제2 수지층은 생략되며, 이에 따라 상기 파우치 셀을 이루는 금속층은 외부로 노출되며,
    상기 제2 수지층이 생략된 영역을 통해 외부로 노출된 상기 금속층은, 상기 냉각핀과 접촉하거나 또는 상기 냉각핀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각핀의 양 측 단부는 상기 히트 싱크 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체를 이루는 파우치 셀들 중 하나의 셀을 기준으로 양 측에 배치되는 한 쌍의 냉각핀 중 어느 하나만 상기 금속층과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각핀은,
    외관은 평판형이고, 내부는 기공이 형성되어 부분적으로 비어 있는 다공 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 기공을 채우는 상변화 물질로 이루어진 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각핀 중 상기 셀 적층체의 외측으로 노출된 부분은 표면에 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각핀과 히트 싱크가 만나는 지점에는 용접부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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