KR20170069641A - 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 단위 전지의 캡 플레이트에 다수의 방열 핀을 포함하는 방열 부재를 형성함으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있는 전지 모듈이 개시된다.
일 예로, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트 및 상기 전극 조립체로부터 연장되어 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자를 포함하는 다수의 단위 전지; 상기 단위 전지의 전극 단자와, 인접한 다른 단위 전지의 전극 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바; 상기 캡 플레이트의 상부에 위치하는 제 1 방열 플레이트 및 상기 제 1 방열 플레이트로부터 연장되는 다수의 제 1 방열 핀을 포함하는 제 1 방열 부재; 및 상기 다수의 단위 전지를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 전지 모듈이 개시된다.

Description

전지 모듈 {Battery Module}

본 발명은 전지 모듈에 관한 것이다.

이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.

본 발명은 단위 전지의 캡 플레이트에 다수의 방열 핀을 포함하는 방열 부재를 형성함으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있는 전지 모듈을 제공한다.

본 발명에 따른 전지 모듈은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트 및 상기 전극 조립체로부터 연장되어 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자를 포함하는 다수의 단위 전지; 상기 단위 전지의 전극 단자와, 인접한 다른 단위 전지의 전극 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바; 상기 캡 플레이트의 상부에 위치하는 제 1 방열 플레이트 및 상기 제 1 방열 플레이트로부터 연장되는 다수의 제 1 방열 핀을 포함하는 제 1 방열 부재; 및 상기 다수의 단위 전지를 수용하는 모듈 케이스를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 방열 플레이트는 상기 전극 단자가 관통되는 단자 홀을 포함할 수 있다.

그리고 상기 제 1 방열 핀은 봉 형태의 핀(pin)으로 형성되며, 서로 이격되도록 위치할 수 있다.

또한, 상기 다수의 단위 전지 중 양끝단에 위치한 단위 전지에서 중심부에 위치한 단위 전지로 갈수록 각각의 상기 단위 전지에 형성된 제 1 방열 핀의 개수가 증가되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 방열 핀의 끝단은 상기 버스바의 상면과 동일 평면 상에 위치하거나 또는 상기 버스바의 상면보다 낮게 위치할 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스 중 상기 제 1 방열 부재와 대응되는 영역에는 다수의 방열 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 방열 부재로부터 절곡 및 연장되며, 상기 케이스의 적어도 하나의 측벽을 덮는 제 2 방열 플레이트; 및 상기 제 2 방열 플레이트로부터 연장되는 다수의 제 2 방열 핀을 포함하는 제 2 방열 부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 방열 핀의 높이는 상기 제 1 방열 핀의 높이보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 2 방열 핀은 봉 형태의 핀(pin)으로 형성되며, 서로 이격되도록 위치할 수 있다.

또한, 상기 제 2 방열 핀은 플레이트 형태로 형성되며, 서로 이격되도록 위치할 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스 중 상기 제 2 방열 부재와 대응되는 영역에는 다수의 방열 홀이 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 전지 모듈은 단위 전지의 캡 플레이트에 다수의 방열 핀을 포함하는 방열 부재를 형성함으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 단위 전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 단위 전지의 배열을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 1 방열 부재의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 2 방열 부재의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 2 방열 부재의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 1 방열 부재의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 단위 전지의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 단위 전지의 배열을 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 1 방열 부재의 평면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 2 방열 부재의 평면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 다수의 단위 전지(100), 상기 다수의 단위 전지(100)를 서로 전기적으로 접속시키는 버스바(200), 상기 단위 전지(100)의 외면에 부착된 방열 부재(310, 320) 및 상기 다수의 단위 전지(100)를 수용하는 모듈 케이스(410, 420)를 포함한다.

상기 단위 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.

상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.

상기 제 1 전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)은 제 1 전극 활물질이 도포된 영역인 제 1 전극 활물질층(111a) 및 제 1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 1 전극판(111)의 재질이 한정되지 않는다.

상기 제 2 전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 2 전극판(112)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 2 전극 활물질층(미도시) 및 제 2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질이 한정되지 않는다.

상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.

세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다.

이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 유기 용매에 리튬염이 용해된 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.

한편, 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 적어도 일 개소에는 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)이 접속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 1 단자(120) 사이에 개재되고, 상기 제 2 전극탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 2 단자(130) 사이에 개재된다. 본 명세서를 통하여 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 전극탭(111b, 112b)으로 총괄적으로 호칭될 수도 있다.

실질적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극판(111) 중 제 1 활물질이 도포되지 않은 제 1 무지부 자체이거나, 또는 제 1 무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극판(112) 중 제 2 활물질이 도포되지 않은 제 2 무지부 자체이거나, 또는 상기 제 2 무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다.

상기 제 1 전극 탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 1 단자(120)의 하단을 향하여 연장되며, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 2 단자(130)의 하단을 향하여 연장된다. 각각의 상기 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 상기 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)에 직접 전기적으로 접속 또는 용접된다.

고용량 고출력 배터리의 경우에는 전극 조립체(110) 자체로부터 다수의 전극탭(111b, 112b)이 연장되므로 높은 출력 전류를 얻을 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 전극 탭(111b, 112b, 무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 전극 조립체와 단자 사이의 전기적 접속 공정이 간단할 뿐만 아니라 이차 전지의 내부 저항 및 부품 개수가 감소한다. 더불어, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 권취 축과 상기 제 1, 2 단자(120, 130)가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트로 신속하게 이동하여 안전벤트가 빠르게 동작한다.

상기 제 1 단자(120)는 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결되며, 제 1 단자 기둥(121) 및 제 1 단자 플레이트(122)를 포함한다.

상기 제 1 단자 기둥(121)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 전극탭(111b)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 단자 기둥(121)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(121a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(121a)에는 상기 제 1 전극탭(111b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다.

상기 제 1 단자 플레이트(122)는 그 중앙에 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 1 단자 기둥(121)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 상기 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.

상기 제 2 단자(130)는 상기 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결되며, 제 2 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 플레이트(132)를 포함한다.

상기 제 2 단자 기둥(131)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 2 전극탭(112b)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151) 하부에서 상기 제 2 단자 기둥(131)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(131a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(131a)에는 상기 제 2 전극탭(112b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 또는, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수도 있다.

상기 제 2 단자 플레이트(132)는 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 2 단자 기둥(131)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자 플레이트(132)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자플레이트(132)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.

상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 케이스(140)는 상호 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부와 상기 두 쌍의 측벽부의 하부에 이들과 수직으로 형성된 바닥부를 포함한다. 여기서, 상기 측벽부는 상대적으로 면적이 넓은 한 쌍의 장측벽부 및 상대적으로 면적이 적은 한 쌍의 단측벽부를 포함한다. 상기 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.

상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 즉, 상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)의 개구부를 밀폐시킨다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152c), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(152a) 및 하부 절연부재(152b)를 포함한다.

상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 상기 제 2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.

상기 캡 플레이트(151)는 벤트홀(151a) 및 전해액 주입구(151b)를 포함한다. 상기 벤트홀(151a)에는 안전벤트(153)가 설치되며, 상기 안전벤트(153)에는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(153a)가 형성된다. 상기 전해액 주입구(151b)는 전해액의 주입 후 상기 마개(154)에 의하여 밀봉된다.

상기 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 시일 가스켓(152c)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.

상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b) 및 제 2 전극 탭(112b) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 상기 제 2 전극 탭(112b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.

상기 시일 가스켓(152c)은 절연성 재질로 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 상기 시일 가스켓(152c)은 외부의 수분이 상기 단위 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 단위 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.

한편, 상기 캡 플레이트(151)가 상기 제 2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 경우, 상기 제 2 단자(130)과 캡 플레이트(151) 사이의 시일 가스켓(152c), 상부 절연부재(152a) 및 하부 절연부재(152b)는 생략될 수 있다.

상기 단위 전지(100)는 다수개가 일렬로 배치되어 상기 모듈 케이스(410, 420) 내에 수용된다. 한편, 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명에서는 상기 단위 전지(100)가 6개로 구비되는 것을 예로 들었으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다. 또한, 도 5에서는 편의상 방열 부재(310, 320)에 대한 구성은 도시되지 않았으나, 실제로는 방열 부재(310, 320)가 단위 전지(100)의 외부에 부착되어 모듈 케이스(400) 내에 삽입된다.

상기 버스바(200)는 상기 단위 전지(100)들을 서로 직렬 또는 병렬 연결한다. 다시 말해서, 상기 버스바(200)는 하나의 단위 전지(100)의 제 1 단자(120) 또는 제 2 단자(130)와, 인접한 단위 전지(100)의 제 1 단자(120) 또는 제 2 단자(130)를 서로 전기적으로 접속시킬 수 있다.

상기 방열 부재(310, 320)는 상기 단위 전지(100)의 외면에 위치한다. 상기 방열 부재(310, 320)는 제 1 방열 부재(310) 및 한 쌍의 제 2 방열 부재(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 방열 부재(310)는 상기 캡 플레이트(151)의 상면에 위치한다. 또한, 상기 제 2 방열 부재(320)는 상기 제 1 방열 부재(310)로부터 절곡 및 연장되어 상기 케이스(140)의 한 쌍의 단측벽부에 위치한다.

상기 제 1 방열 부재(310)는 제 1 방열 플레이트(311) 및 제 1 방열 핀(312)을 포함한다.

상기 제 1 방열 플레이트(311)는 상기 캡 플레이트(151)의 상면에 결합된다. 상기 제 1 방열 플레이트(311)는 상기 단위 전지(100)로부터 발생한 열을 흡수하고, 이를 상기 제 1 방열 핀(312)으로 전달시킴으로써 방열 기능이 이루어지게 한다.

상기 제 1 방열 플레이트(311)는 상기 안전벤트(153)와 대응되는 영역에 형성된 벤트 홀(311a)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 방열 플레이트(311)는 상기 제 1, 2 단자(120, 130)와 대응되는 영역에 형성된 한 쌍의 단자 홀(311b)을 포함한다. 한편, 상기 제 1 방열 플레이트(311)와 캡 플레이트(151)의 사이에는 제 1 절연 필름(331)이 개재될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 절연 필름(331)에도 상기 안전 벤트(153) 및 제 1, 2 단자(120, 130)와 대응되는 홀이 형성됨은 당연하다.

상기 제 1 방열 핀(312)은 상기 제 1 방열 플레이트(311)로부터 상기 캡 플레이트(151)와 멀어지는 방향을 향하여 대략 수직으로 연장된다. 즉, 상기 제 1 방열 핀(312)은 후술할 모듈 케이스(410, 420) 중 제 2 케이스(420)의 내면을 향하여 연장된다. 상기 제 1 방열 핀(312)은 상기 제 1 방열 플레이트(311)로부터 전달된 열을 방출함으로써 상기 단위 전지(100)의 방열 기능이 이루어지게 한다.

상기 제 1 방열 핀(312)은 상기 버스바(200)의 상면의 연장선을 넘지 않도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 방열 핀(312)의 끝단은 상기 버스바(200)의 상면과 동일 선상에 위치하거나, 혹은 상기 버스바(200)의 상면보다 낮게 위치한다. 따라서, 상기 제 1 방열 핀(312)이 형성되더라도 상기 전지 모듈(10)의 크기에는 영향을 미치지 않는다.

구체적으로, 상기 캡 플레이트(151)와 제 2 케이스(420) 사이의 영역 중, 상기 제 1, 2 단자(120, 130)가 형성되지 않은 영역에는 빈 공간이 존재한다. 즉, 상기 제 1, 2 단자(120, 130) 및 버스바(200)에 의하여 상기 캡 플레이트(151)와 제 2 케이스(420) 사이에는 잉여 공간이 존재하게 된다. 그리고 이러한 잉여 공간에 상기 제 1 방열 핀(312)을 형성함으로써, 공간의 활용도를 높임과 동시에 단위 전지(100)의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 전지 모듈(10)의 전체 크기를 유지함과 동시에 방열 구조를 형성할 수 있어 전지 모듈(10)의 안정성이 향상된다.

상기 제 1 방열 핀(312)은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 봉 형태의 핀(pin)으로 형성된다. 또한, 상기 다수의 제 1 방열 핀(312)은 서로 이격되도록 형성된다. 따라서, 다수의 제 1 방열 핀(312)들 사이에 공기 유로가 다방향으로 형성되어 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다. 즉, 공기의 유동 방향이 하나로 형성되는 것이 아닌, 상기 제 1 방열 핀(312)들 사이의 이격된 공간으로 자유롭게 유동이 가능하다. 더불어, 상기 제 1 방열 핀(312)들의 측부가 모두 공기 유로에 노출되어 넓은 접촉 면적을 가짐으로써, 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다.

한편, 상기 제 1 방열 핀(312)의 개수 및 배열 구조는 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도면에 도시된 제 1 방열 핀(312)의 개수 및 배열 구조는 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 제 2 방열 부재(320)는 상기 제 1 방열 부재(310)의 한 쌍의 단측변으로부터 대략 수직으로 절곡 및 연장되어 상기 케이스(140)의 한 쌍의 단측벽부를 덮는다. 상기 제 2 방열 부재(320)는 제 2 방열 플레이트(321) 및 제 2 방열 핀(322)을 포함한다.

상기 제 2 방열 플레이트(321)는 상기 케이스(140)의 한 쌍의 단측벽부를 덮도록 한 쌍으로 구비된다. 상기 제 2 방열 플레이트(321)는 상기 단위 전지(100)로부터 발생한 열을 흡수하고, 이를 상기 제 2 방열 핀(322)으로 전달시킴으로써 방열 기능이 이루어지게 한다.

이 때, 상기 제 2 방열 플레이트(321)와 케이스(140)의 사이에는 제 2 절연 필름(332)이 개재될 수 있다. 상기 제 2 절연 필름(332)은 상기 제 1 절연 필름(331)으로부터 절곡 및 연장된 것일 수 있다.

상기 제 2 방열 핀(322)은 상기 제 2 방열 플레이트(321)로부터 상기 케이스(140)의 단측벽부와 멀어지는 방향을 향하여 대략 수직으로 연장된다. 즉, 상기 제 2 방열 핀(322)은 후술할 모듈 케이스(410, 420) 중 제 1 케이스(410)의 내면을 향하여 연장된다. 상기 제 2 방열 핀(322)은 상기 제 2 방열 플레이트(321)로부터 전달된 열을 방출함으로써 상기 단위 전지(100)의 방열 기능이 이루어지게 한다.

상기 제 2 방열 핀(322)은 상기 제 1 방열 핀(312)에 비하여 그 길이가 짧게 형성된다. 즉, 상기 제 1 방열 핀(312)은 잉여 공간에 형성됨으로써, 비교적 길이가 길게 형성될 수 있으나, 상기 제 2 방열 핀(322)은 상기 전지 모듈(10)의 사이즈의 변화를 최소화하기 위하여 비교적 짧게 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 방열 핀(322)에 의하여 상기 전지 모듈(10)의 전체적인 크기 변화는 최소화하면서 방열 구조를 형성할 수 있어 전지 모듈(10)의 안정성이 보다 향상될 수 있다.

상기 제 2 방열 핀(322)은, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 봉 형태의 핀(pin)으로 구비되어 서로 이격되도록 형성된다. 따라서, 다수의 제 2 방열 핀(322)들 사이에 공기 유로가 다방향으로 형성되어 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다. 더불어, 상기 제 2 방열 핀(322)들의 측부가 모두 공기 유로에 노출되어 넓은 접촉 면적을 가짐으로써, 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다. 한편, 상기 제 2 방열 핀(322)의 개수 및 배열 구조는 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도면에 도시된 제 2 방열 핀(322)의 개수 및 배열 구조는 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 모듈 케이스(400)는 상기 제 1, 2 방열 부재(310, 320)가 부착된 다수의 단위 전지(100)를 수용한다. 상기 모듈 케이스(400)는 상기 단위 전지(100)가 위치하는 수용부를 구비한 제 1 케이스(410) 및 상기 제 1 케이스(410)를 덮는 제 2 케이스(420)를 포함한다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 모듈 케이스(400)에는 냉각 팬이 결합될 수도 있다. 상기 냉각 팬에 의하여 상기 모듈 케이스(400) 내로 외부 공기(냉각 공기)가 유입되어 상기 제 1, 2 방열 부재(310, 320)의 방열 기능이 원활하게 이루어질 수 있다.

상기 제 1 케이스(410)는 일면이 개방된 직육면체 형상을 가지며, 상기 다수의 단위 전지(100)가 수용되는 수용부를 구비한다. 상기 제 1 케이스(410)는 측벽부 중 상기 제 2 방열 부재(320)와 대응되는 적어도 일면에 다수의 방열 홀(411)을 포함한다. 상기 방열 홀(411)에 의해 상기 전지 모듈(10) 내부의 열이 용이하게 방출 가능하다. 또한, 상기 방열 홀(411)과 인접한 다수의 제 2 방열 핀(322)의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 도시된 방열 홀(411)의 형태 및 개수는 경우에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도면에서는 방열 홀(411)이 세로로 긴 형태를 갖도록 형성되었으나, 반대로 가로로 길게 형성될 수도 있다. 또한, 상기 방열 홀(411)은 경우에 따라 원형, 다각형 또는 다공성 홀의 형태로 형성되는 것도 가능하다. 다시 말해서, 도시된 방열 홀(411)의 형태 및 개수는 본 발명을 설명하기 위한 일예일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 제 2 케이스(420)는 상기 제 1 케이스(410)의 개방된 일면을 덮는다. 상기 제 2 케이스(420)는 다수의 방열 홀(421)을 포함할 수 있다. 상기 방열 홀(421)에 의해 상기 전지 모듈(10) 내부의 열이 용이하게 방출 가능하다. 또한, 상기 방열 홀(421)과 인접한 다수의 제 1 방열 핀(312)의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 도시된 방열 홀(421)의 형태 및 개수는 경우에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도면에서는 방열 홀(421)이 제 2 케이스(420)의 장변과 평행한 방향으로 형성되었으나, 반대로 단변과 평행하게 형성될 수도 있다. 또한, 상기 방열 홀(421)은 경우에 따라 원형, 다각형 또는 다공성 홀의 형태로 형성되는 것도 가능하다. 다시 말해서, 도시된 방열 홀(421)의 형태 및 개수는 본 발명을 설명하기 위한 일예일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전지 모듈(10)은 상기 캡 플레이트(151) 및 제 2 케이스(420) 사이의 단자부를 제외한 잉여 공간에 다수의 제 1 방열 핀(312)을 포함하는 방열 부재(310)를 형성할 수 있다. 따라서, 공간 활용도를 높이고, 상기 전지 모듈(10)의 전체 크기는 유지하면서 방열 효과를 향상시켜 모듈의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 단위 전지(100)의 측벽부에도 다수의 제 2 방열 핀(322)을 포함하는 제 2 방열 부재(320)를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 방열 핀(322)은 상기 제 1 방열 핀(312)보다 비교적 짧은 길이를 가짐으로써, 전지 모듈(10)의 크기 변화를 최소화함과 동시에 방열 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

더불어, 상기 제 1, 2 방열 핀(312, 322)을 다수개가 서로 이격되도록 구비함으로써 공기와의 접촉 면적을 향상시키고, 다방향 공기 유로를 확보하여 제 1, 2 방열 핀(312, 322)의 냉각이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 모듈 케이스(410, 420) 중 제 1, 2 방열 핀(312, 322)과 마주보는 영역에는 다수의 방열 홀(411, 421)을 구비함으로써, 제 1, 2 방열 핀(312, 322)이 냉각이 용이하며, 모듈 내부의 열이 보다 효과적으로 외부로 방출되는 것이 가능하다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 대하여 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 2 방열 부재의 평면도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈은 제 2 방열 부재를 제외한 나머지 구성은 앞선 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제 2 방열 부재의 구조만을 위주로 설명하도록 한다.

상기 제 2 방열 부재(520)는 상기 제 1 방열 부재(310, 도 3)의 한 쌍의 단측변으로부터 절곡 및 연장되어 상기 케이스(140, 도 3)의 한 쌍의 단측벽부를 덮는다. 상기 제 2 방열 부재(520)는 제 2 방열 플레이트(521) 및 제 2 방열 핀(522)을 포함한다.

상기 제 2 방열 플레이트(521)는 상기 단위 전지(100)로부터 발생한 열을 흡수하고, 이를 상기 제 2 방열 핀(522)으로 전달시킴으로써 방열 기능이 이루어지게 한다.

상기 제 2 방열 핀(522)은 상기 제 2 방열 플레이트(521)로부터 대략 수직으로 연장된다. 특히, 상기 제 2 방열 핀(522)은 앞선 실시예와 다르게 다수의 플레이트 형태로 구비되어 서로 이격되도록 위치할 수 있다. 상기 제 2 방열 핀(522)은 상기 제 2 방열 플레이트(521)로부터 전달된 열을 방출함으로써 상기 단위 전지(100)의 방열 기능이 이루어지게 한다. 상기 제 2 방열 핀(522)은 전지 모듈의 크기 변화를 최소화하기 위하여 상기 제 1 방열 핀(312)에 비하여 그 길이가 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 도면에 도시된 제 2 방열 핀(522)의 개수 및 배열 구조는 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 대하여 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈 중 제 1 방열 부재의 평면도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈은 제 1 방열 부재를 제외한 나머지 구성은 앞선 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제 1 방열 부재의 구조만을 위주로 설명하도록 한다.

도 9를 참조하면, 상기 다수의 단위 전지는 일렬로 배치되며, 일측부터 순서대로 제 1 단위 전지(100a), 제 2 단위 전지(100b), 제 3 단위 전지(100c), 제 4 단위 전지(100d), 제 5 단위 전지(100e) 및 제 6 단위 전지(100f)로 구비된다. 물론, 이러한 단위 전지의 개수는 본 발명을 설명하기 위한 일예일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에서는 편의상 제 1 내지 제 6 단위 전지(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)를 통틀어 단위 전지(100)라 기재하도록 한다.

상기 단위 전지(100)의 각각의 캡 플레이트(151, 도 3)에는 제 1 방열 부재(610)가 구비된다. 상기 제 1 방열 부재(610)는 제 1 방열 플레이트(611) 및 제 1 방열 핀(612)을 포함한다.

상기 제 1 방열 플레이트(611)는 상기 캡 플레이트(151)의 상면에 위치한다. 상기 제 1 방열 플레이트(611)는 상기 안전벤트(153)와 대응되는 영역에 형성된 벤트 홀(611a)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 방열 플레이트(611)는 상기 제 1, 2 단자(120, 130)와 대응되는 영역에 형성된 한 쌍의 단자 홀(611b)을 포함한다.

상기 제 1 방열 핀(612)은 상기 제 1 방열 플레이트(611)로부터 대략 수직으로 연장된다. 또한, 상기 제 1 방열 핀(612)은 다수의 봉 형태의 핀(pin)이 서로 이격되도록 구비된다. 따라서, 다수의 제 1 방열 핀(612)들 사이에 공기 유로가 다방향으로 형성되어 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 방열 핀(612)들의 측부가 모두 공기 유로에 노출되어 넓은 접촉 면적을 가짐으로써, 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다.

상기 제 1 방열 핀(612)은, 일렬로 배열된 상기 단위 전지(100)들 중 중앙부에 위치한 단위 전지의 경우 그 개수가 많게 구비되고, 양끝단으로 갈수록 그 개수가 적어지도록 구비된다. 즉, 단위 전지들(100) 중 상기 제 3, 4 단위 전지(100c, 100d)에 형성된 제 1 방열 핀(612)의 개수가 가장 많다. 그리고 상기 제 2, 5 단위 전지(100b, 100e)에 형성된 제 1 방열 핀(612)의 개수는 상기 제 3, 4 단위 전지(100c, 100d)에 형성된 제 1 방열 핀(612)의 개수보다 적다. 또한, 상기 제 1, 6 단위 전지(100a, 100f)에 형성된 제 1 방열 핀(612)의 개수는 상기 제 2, 5 단위 전지(100b, 100e)에 형성된 제 1 방열 핀(612)의 개수보다 적다.

다시 말해서, 상기 방열 핀(612)의 개수는 단위 전지들(100)의 양끝단에서 중심을 향할수록 그 개수가 많아지도록 구비된다. 이는 상기 단위 전지들(100)을 일렬로 배열할 경우, 중앙부에 위치한 단위 전지일수록 끝단에 위치한 단위 전지에 비하여 냉각 효율이 떨어지기 때문이다. 따라서, 중앙부에 위치한 단위 전지의 방열 핀(612)의 개수를 외곽에 위치한 단위 전지의 방열 핀(612)의 개수보다 더 많도록 구성함으로써 위치에 따른 냉각 효율의 차이를 보상할 수 있다. 즉, 전지 모듈 내의 단위 전지들(100) 사이의 온도 편차를 줄이고, 전체적으로 균일한 온도를 갖도록 함으로써 전지 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전지 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10; 전지 모듈 100; 단위 전지
200; 버스바 310; 제 1 방열 부재
311; 제 1 방열 플레이트 312; 제 1 방열 핀
320; 제 2 방열 부재 321; 제 2 방열 플레이트
322; 제 2 방열 핀 410; 제 1 모듈 케이스
420; 제 2 모듈 케이스 411, 421; 방열 홀
520; 제 2 방열 부재 521; 제 2 방열 플레이트
522; 제 2 방열 핀 610; 제 1 방열 부재
611; 제 1 방열 플레이트 612; 제 1 방열 핀

Claims (11)

1. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트 및 상기 전극 조립체로부터 연장되어 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자를 포함하는 다수의 단위 전지;
   상기 단위 전지의 전극 단자와, 인접한 다른 단위 전지의 전극 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바;
   상기 캡 플레이트의 상부에 위치하는 제 1 방열 플레이트 및 상기 제 1 방열 플레이트로부터 연장되는 다수의 제 1 방열 핀을 포함하는 제 1 방열 부재; 및
   상기 다수의 단위 전지를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 방열 플레이트는 상기 전극 단자가 관통되는 단자 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 방열 핀은 봉 형태의 핀(pin)으로 형성되며, 서로 이격되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 단위 전지 중 양끝단에 위치한 단위 전지에서 중심부에 위치한 단위 전지로 갈수록 각각의 상기 단위 전지에 형성된 제 1 방열 핀의 개수가 증가되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 방열 핀의 끝단은 상기 버스바의 상면과 동일 평면 상에 위치하거나 또는 상기 버스바의 상면보다 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모듈 케이스 중 상기 제 1 방열 부재와 대응되는 영역에는 다수의 방열 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 방열 부재로부터 절곡 및 연장되며,
   상기 케이스의 적어도 하나의 측벽을 덮는 제 2 방열 플레이트; 및 상기 제 2 방열 플레이트로부터 연장되는 다수의 제 2 방열 핀을 포함하는 제 2 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 방열 핀의 높이는 상기 제 1 방열 핀의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 방열 핀은 봉 형태의 핀(pin)으로 형성되며, 서로 이격되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 방열 핀은 플레이트 형태로 형성되며, 서로 이격되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 모듈 케이스 중 상기 제 2 방열 부재와 대응되는 영역에는 다수의 방열 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.

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