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KR102687619B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR102687619B1
KR102687619B1 KR1020180154960A KR20180154960A KR102687619B1 KR 102687619 B1 KR102687619 B1 KR 102687619B1 KR 1020180154960 A KR1020180154960 A KR 1020180154960A KR 20180154960 A KR20180154960 A KR 20180154960A KR 102687619 B1 KR102687619 B1 KR 102687619B1
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 전극조립체와 전해액이 수납되는 수납부, 상기 수납부의 외측에 구비되는 실링부를 포함하는 복수의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 일면에 접촉되며, 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각핀; 상기 냉각핀으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크; 상기 냉각핀의 일부에 배치되어 단면적을 증가시키는 방열부;를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각 효율을 높인 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 중대형 장치에서는 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장재로 사용하는 파우치형 이차 전지는 중량이 작고 제조 비용이 낮으며 형태 변형의 용이성 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 이차 전지를 복수 적층하여 배터리 모듈을 구성하는 경우, 배터리 모듈의 냉각은 매우 중요한 문제이다. 이차 전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있고, 이차 전지 자체적으로도 열이 많이 발생할 수 있다. 이때, 복수의 이차 전지가 서로 적층된 경우, 이차 전지의 온도는 더욱 높아질 수 있다.
배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
한국공개특허 10-2011-0013270
본 발명의 실시예는 냉각핀의 특정한 구조에 의해 높은 열전도율을 달성함으로써, 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈은, 전극조립체와 전해액이 수납되는 수납부, 상기 수납부의 외측에 구비되는 실링부를 포함하는 복수의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 일면에 접촉되며, 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각핀; 상기 냉각핀으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크; 상기 냉각핀의 일부에 배치되어 단면적을 증가시키는 방열부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 냉각핀은 상기 배터리 셀에 면 접촉되는 제1열전달부, 상기 제1열전달부의 일단에 절곡되어 상기 히트싱크에 면 접촉되는 제2열전달부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 방열부는 상기 제2열전달부의 단부로부터 절곡되어 상기 제2열전달부와 평행하게 배치되는 제1단면적 증가부, 상기 제1단면적 증가부의 단부로부터 절곡되어 상기 제1열전달부와 평행하게 배치되는 제2단면적 증가부를 포함할 수 있다. 상기 제1단면적 증가부는 상기 제2열전달부에 밀착 고정되고, 상기 제2단면적 증가부는 상기 제1열전달부에 밀착 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 셀들 사이에 구비되는 추가 냉각핀을 더 포함할 수 있다. 상기 추가 냉각핀은 상기 배터리 셀에 면 접촉되는 제3열전달부, 상기 제3열전달부의 일단에 구비되어 상기 히트싱크에 면 접촉하는 제4열전달부를 포함하며, 상기 제4열전달부는 상기 히트싱크의 제1방향으로 배치되는 제1절곡부, 상기 제1절곡부와 상이한 방향으로 배치되는 제2절곡부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 셀은 상기 히트싱크와 근접한 위치에 실링부를 구비하고, 상기 방열부는 상기 실링부와 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 방열부는 상기 실링부에 대응되는 위치의 냉각핀에 별도로 밀착 고정될 수 있다. 상기 방열부가 배치되는 위치의 냉각핀에는 상기 배터리 셀 측으로 오목하게 함몰부가 형성될 수 있다. 상기 방열부는 그래파이트 시트(Graphite sheet)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀에서 발생한 열이 냉각핀을 통해 히트싱크로 전달될 때, 열저항이 발생할 수 있는 일부 구간 예컨대, 배터리 셀의 실링부와 대면되는 구간에 방열부를 구비하여 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 배터리 셀의 실링부와 대응되는 냉각핀의 일부 구간에 단면적이 증가하는 방열부를 구비함으로써, 열이 전달되는 경로 상에 열저항을 최소화할 수 있고, 이에 따라 배터리 셀의 열이 히트싱크로 안정적으로 전달될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고 부호를 부여할 수 있다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것으로서 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 모듈은 모듈 하우징(100) 내에 복수의 배터리 셀(200)이 수납되어 구성된다.
모듈 하우징(100)은 배터리 모듈의 외관을 형성하며, 외부의 충격 또는 진동 등으로부터 내부에 수납된 배터리 셀(200) 등을 보호한다. 모듈 하우징(100)은 강성 확보 및 그 내부로의 전자기 노이즈 차폐 등을 위해 금속 재질로 형성될 수 있다. 모듈 하우징(100)의 외측면에는 외관 보호 및 부식 방지 등을 위해 에폭시 등의 비전도성 물질이 코팅될 수 있다.
모듈 하우징(100)은 하측 방향으로 개방된 상부 하우징(110)과, 상측 방향으로 개방되며 상부 하우징(110)의 하측에 대응 결합되는 하부 하우징(120)을 포함할 수 있다. 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)은 직육면체 형상으로 제공되며, 그 중 적어도 하나는 내부에 수납공간을 가질 수 있다.
배터리 셀(200)은 모듈 하우징(100) 내에 복수 구비된다. 복수의 배터리 셀(200)은 모듈 하우징(100) 내부에 상하로 적층 배치되거나 수평으로 병렬 배치될 수 있다. 각각의 배터리 셀(200)은 인접한 배터리 셀(200)과 접촉 배치되거나 또는 소정 간격으로 상호 간에 이격 배치될 수 있다.
배터리 셀(200)들의 열을 외부로 방출하기 위해 배터리 셀(200)들의 적어도 일측에는 냉각핀(300)이 배치된다. 배터리 모듈의 하부에는 히트싱크가 구비될 수 있다. 냉각핀(300)은 히트싱크에 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(200)에서 발생한 열은 냉각핀(300)을 통해 히트싱크로 열전달되어 냉각될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 적용된 배터리 셀의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 배터리 셀(200)은 전극 조립체(210)와 전해액이 외장재에 수납된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀(200)은 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 또한, 배터리 셀(200)은 충전 및 방전 동작을 수행하는 이차 전지일 수 있다.
전극 조립체(210)는 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 포함한다. 즉, 전극 조립체(210)는 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 각 전극판에는 외부로 돌출된 형태로 전극 탭(도시 생략)이 구비될 수 있다. 전극 탭은 각 전극판에 금속판이 별도로 부착된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 전극 탭은 각 전극판의 일부가 절취되고 남겨진 형태로 구성될 수 있다.
전극 탭의 일단에는 전극 리드(220)가 연결될 수 있다. 전극 리드(220)는 일단이 전극 탭과 연결되고 타단이 파우치 외장재(230) 외부로 노출됨으로써 배터리 셀(200)의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 전극 리드(220)는 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 한 쌍의 전극 리드(220)들은 각각 양극 리드 및 음극 리드로 이루어질 수 있다. 전극 리드(220)는 전극 탭에 연결됨으로써 전극 조립체(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 리드(220)는 전극 탭과 고정될 수 있도록 전극 탭의 단부에 용접될 수 있다. 전극 조립체(210)는 복수의 양극판 및 복수의 음극판을 구비하고, 각각의 양극판 및 각각의 음극판마다 별도로 전극 탭이 구비될 수 있다. 이 경우, 하나의 전극 리드(220)에는 복수의 전극 탭이 연결될 수 있다.
파우치 외장재(230)는 전극 조립체(210)를 패키징하기 위한 것으로서, 외부 절연층, 금속층, 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 파우치 외장재(230)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우, 기계적 강도가 강해질 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
파우치 외장재(230)의 내부에는 전극 조립체(210)와 전해액이 수납되고, 테두리에는 실링부(234)가 형성될 수 있다. 파우치 외장재(230)는 제1파우치(231)와 제2파우치(232)를 포함할 수 있다. 제1파우치(231)와 제2파우치(232) 중 적어도 하나에는 수납부(233)가 형성될 수 있다. 수납부(233)에는 전극 조립체(210)와 전해액이 수납될 수 있다. 제1파우치(231)와 제2파우치(232)의 테두리에는 각각 수납부(233)를 감싸는 형태로 실링부(234)가 형성될 수 있다. 제1파우치(231)의 실링부(234)와 제2파우치(232)의 실링부(234)는 각각의 내부 접착층이 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 제1파우치(231)의 실링부(234)와 제2파우치(232)의 실링부(234)는 열융착 등의 방식으로 서로 접착됨으로써, 전극 조립체(210) 및 전해액이 수납된 상태로 수납부(233)를 밀봉할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 제1실시예에 의한 배터리 모듈은 수직으로 배치된 복수의 배터리 셀(200), 배터리 셀(200)들의 일측에 배치되는 냉각핀(300)을 구비할 수 있다.
배터리 셀(200)은 파우치형 배터리 셀로 구성될 수 있다. 배터리 셀(200)은 테두리에 형성된 실링부(234) 중 어느 하나의 실링부(234)가 하측을 향하도록 배치될 수 있다.
배터리 셀(200)은 배터리 모듈에 하나 이상 포함될 수 있다. 특히, 출력이나 용량 등의 향상을 위해 배터리 모듈에는 복수의 배터리 셀(200)이 포함될 수 있다. 복수의 배터리 셀(200)은 일방향으로 적층되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(200)은 각각의 면들이 서로 마주보는 방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀(200)은 각각 서로 대면하여 위치할 수 있다.
냉각핀(300)은 배터리 셀(200)에서 발생한 열을 외부로 방출한다. 냉각핀(300)은 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 특히, 냉각핀(300)은 우수한 열전도성을 갖는 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 냉각핀(300)은 알루미늄이나 구리 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(200)에서 열이 발생하는 경우, 냉각핀(300)은 배터리 셀(200)의 열을 흡수하여 외부 예컨대, 히트싱크(500)로 배출할 수 있다. 냉각핀(300)은 사각형의 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
냉각핀(300)은 일 표면이 배터리 셀(200)의 표면에 대면되는 형태로 구성될 수 있다. 냉각핀(300)은 복수의 배터리 셀(200)들 사이에 위치할 수 있다. 예를 들면, 제1실시예에 의한 배터리 모듈은 냉각핀(300), 배터리 셀(200), 배터리 셀(200), 냉각핀(300)의 순서로 한 세트를 이루고, 이러한 세트가 복수 배치될 수 있다. 복수의 냉각핀(300)들은 모두 동일한 형상 및 크기로 제공될 수 있다.
냉각핀(300)은 배터리 셀(200)과 면 접촉하는 제1열전달부(310)를 구비할 수 있다. 제1열전달부(310)는 베터리 셀의 수납부(233)와 접촉하도록 배치되어 배터리 셀(200)에서 발생하는 열을 히트싱크(500)로 전달한다. 제1열전달부(310)는 배터리 셀(200)의 수납부(233)와 실링부(234)의 길이를 합한 길이 또는 그 이상의 길이로 구성될 수 있다. 즉, 냉각핀(300)은 일측 표면이 수납부(233)의 표면에 대면될 뿐 아니라, 수납부(233)를 지나 실링부(234)까지 연장 형성됨으로써 실링부(234)의 적어도 일부분과 대면되도록 구성될 수 있다.
제1열전달부(310)의 일단에는 제2열전달부(320)가 구비될 수 있다. 제2열전달부(320)는 제1열전달부(310)의 하단에서 히트싱크(500)의 상면과 평행한 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다. 제2열전달부(320)는 히트싱크(500)와 면 접촉할 수 있다. 히트싱크(500)와 면 접촉된 제2열전달부(320)는 냉각핀(300)과 히트싱크(500) 간의 주요 열전달 경로가 된다.
제1열전달부(310)의 일부분과 제2열전달부(320)에는 제1방열부(330)가 구비될 수 있다. 제1방열부(330)는 냉각핀(300)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1방열부(330)는 제2열전달부(320)의 끝단으로부터 절곡되는 제1단면적 증가부(331), 제1단면적 증가부(331)의 끝단으로부터 절곡되는 제2단면적 증가부(332)를 포함할 수 있다. 제1단면적 증가부(331)는 제2열전달부(320)와 평행하게 배치될 수 있다. 제1단면적 증가부(331)는 제2열전달부(310)와 용접, 브레이징(Brazing), 프레싱(Pressing) 등에 의해 밀착 고정될 수 있다. 제2단면적 증가부(332)는 제1열전달부(310)와 평행하게 배치될 수 있다. 제2단면적 증가부(332)는 제1열전달부(310)와 용접, 브레이징(Brazing), 프레싱(Pressing) 등에 의해 밀착 고정될 수 있다.
히트싱크(500)는 냉각핀(300)과 열교환하여 냉각핀(300)으로부터 전달된 열을 외부로 방출할 수 있다. 히트싱크(500)는 냉각핀(300) 및 배터리 셀(200)의 하측에 위치할 수 있다. 히트싱크(500)의 내부에는 유로가 형성될 수 있다. 유로에는 냉각 유체가 흐를 수 있다. 냉각 유체는 히트싱크(500)의 상면에서 전달된 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 일 예로, 냉각 유체로서 냉각수가 제공될 수 있다. 이와는 달리, 냉각 유체로서 공기가 제공될 수 있다. 선택적으로 냉각 유체는 열용량이 큰 기체로 제공될 수 있다.
이와 같이 제1실시예에 따르면, 배터리 셀(200)에서 발생한 열이 냉각핀(300)을 통해 히트싱크(500)로 전달될 때, 열저항이 발생할 수 있는 냉각핀(300)의 일부 구간 예컨대, 배터리 셀(200)의 실링부(234)와 대면되는 구간에 제1방열부(330)를 구비하여 배터리 셀(200)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 배터리 셀(200)의 실링부(234)와 대응되는 냉각핀(300)의 일부 구간에 단면적이 증가하는 제1방열부(330)를 일체로 구비함으로써, 열이 전달되는 경로 상에 열저항을 최소화할 수 있고, 이에 따라 배터리 셀(200)의 열이 히트싱크(500)로 안정적으로 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 제2실시예에 의한 배터리 모듈은 냉각핀(300), 배터리 셀(200), 추가 냉각핀(400), 배터리 셀(200), 냉각핀(300)의 순서로 배치될 수 있다. 즉, 냉각핀(300)이 배치되지 않은 배터리 셀(200)과 배터리 셀(200) 사이에 추가 냉각핀(400)이 배치될 수 있다.
추가 냉각핀(400)은 배터리 셀(200)들 사이에서 각각 면 접촉하는 제3열전달부(410)를 구비할 수 있다. 제3열전달부(410)는 베터리 셀(200)들의 수납부(233)와 접촉하도록 배치되어 배터리 셀(200)들에서 발생하는 열을 히트싱크(500)로 전달한다. 제3열전달부(410)는 배터리 셀(200)의 수납부(233)와 실링부(234)의 길이를 합한 길이 또는 그 이상의 길이로 구성될 수 있다.
제3열전달부(410)의 일단에는 제4열전달부(420)가 구비될 수 있다. 제4열전달부(420)는 제3열전달부(410)의 하단에서 히트싱크(500)의 상면과 평행한 방향으로 절곡되어 히트싱크(500)와 면 접촉하도록 구성될 수 있다. 제4열전달부(420)는 어느 하나의 배터리 셀(200) 측으로 절곡되는 제1절곡부(421), 제1절곡부(421)와 대향되는 측으로 절곡되는 제2절곡부(422)를 포함할 수 있다.
이와 같이 제2실시예에 따르면, 냉각핀(300) 외에 추가 냉각핀(400)을 더 추가함으로써 배터리 셀(200)들에서 발생한 열을 보다 효율적으로 히트싱크(500)로 전달할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 제3실시예에 의한 배터리 모듈은 수직으로 배치된 복수의 배터리 셀(200), 배터리 셀(200)들의 일측에 배치되는 냉각핀(300), 냉각핀(300)의 일부 구간에 별도로 배치되는 제2방열부(340)를 포함할 수 있다.
냉각핀(300)은 배터리 셀(200)과 면 접촉하는 제1열전달부(310)를 구비할 수 있다. 제1열전달부(310)는 베터리 셀의 수납부(233)와 접촉하도록 배치되어 배터리 셀(200)에서 발생하는 열을 히트싱크(500)로 전달한다. 제1열전달부(310)는 배터리 셀(200)의 수납부(233)와 실링부(234)의 길이를 합한 길이 또는 그 이상의 길이로 구성될 수 있다. 즉, 냉각핀(300)은 일측 표면이 수납부(233)의 표면에 대면될 뿐 아니라, 수납부(233)를 지나 실링부(234)까지 연장 형성됨으로써 실링부(234)의 적어도 일부분과 대면되도록 구성될 수 있다.
제1열전달부(310)의 일단에는 제2열전달부(320)가 구비될 수 있다. 제2열전달부(320)는 제1열전달부(310)의 하단에서 히트싱크(500)의 상면과 평행한 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다. 제2열전달부(320)는 히트싱크(500)와 면 접촉할 수 있다. 히트싱크(500)와 면 접촉된 제2열전달부(320)는 냉각핀(300)과 히트싱크(500) 간의 주요 열전달 경로가 된다.
제2방열부(340)는 제1열전달부(310)의 적어도 일부 구간에 배치될 수 있다. 제2방열부(340)가 배치되는 제1열전달부(310)의 일부 구간은 배터리 셀(200)의 실링부(234)와 대응되는 위치일 수 있다. 제2방열부(340)는 제1열전달부(310)의 일측면에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2방열부(340)는 제1열전달부(310)와 실링부(234) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제2방열부(340)는 냉각핀(300)의 단면적 증대 효과를 더욱 높이기 위해서 제1열전달부(310)의 양측면에 배치될 수 있다.
제2방열부(340)는 높은 열전도성을 가지며 중량이 작은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2방열부(340)는 방열시트로 구성될 수 있다. 방열시트로는 그래파이트 시트가 적용될 수 있다.
제2방열부(340)가 배치된 냉각핀(300)의 일부 구간은 다른 구간에 비해 단면적이 증가하게 된다. 즉, 실링부(234)와 대응되는 위치의 냉각핀(300)은 단면적이 증가하게 된다. 따라서, 단면적이 증가된 구간에서 열전도 성능이 향상될 수 있다.
이와 같이 제3실시예에 따르면, 냉각핀(300)의 일부에 별도의 제2방열부(340)를 구비함으로써 국부적 열저항이 높은 부분에 단면적을 증가시켜 열저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제2방열부(340)에 의한 열전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
그래파이트 시트는 길이 및 두께가 증가할수록 열저항 감소 효과 역시 증가하지만, 비용 및 공간적인 제약을 감안할 필요가 있다. 따라서, 그래파이트 시트는 냉각핀(300)의 제1열전달부(310)의 일부 구간 즉, 배터리 셀(200)의 실링부(234)와 대응되는 위치에 구비되는 것이 바람직하다.
테스트 결과에 따르면, 그래파이트 시트가 부가되지 않고 냉각핀(300) 만을 사용할 경우 대략 5.4㎝K/W의 열저항이 발생하였으나, 냉각핀(300)의 제1열전달부(310)에 그래파이트 시트를 부가할 경우 대략 4.64㎝K/W의 열저항이 발생하였다. 즉, 냉각핀(300)에 그래파이트 시트를 적용할 경우 14% 정도의 열저항 감소 효과를 얻을 수 있는 것이다.
한편, 배터리 모듈은 제1실시예와 같이 냉각핀(300)의 일단을 수회 절곡하여 제1방열부(330)를 일체로 형성함과 동시에 제3실시예와 같이 냉각핀(300)의 일부 구간에 별도의 제2방열부(340)를 추가 구성하는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 배터리 모듈을 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 제4실시예에 의한 배터리 모듈은 수직으로 배치된 복수의 배터리 셀(200), 배터리 셀(200)들의 일측에 배치되는 냉각핀(300), 냉각핀(300)의 일부 구간에 배치되는 제2방열부(340)를 포함할 수 있다.
냉각핀(300)은 제1열전달부(310), 제2열전달부(320)를 포함할 수 있다. 제1열전달부(310)의 일부 구간에는 면 접촉된 배터리 셀(200) 측으로 오목하게 함몰부(311)가 형성될 수 있다. 함몰부(311)에는 제2방열부(340)가 배치될 수 있다. 즉, 제2방열부(340)가 외측 방향으로 돌출되지 않도록 제2방열부(340)가 구비되는 냉각핀(300)의 일부 구간에 배터리 셀(200) 측으로 오목하게 함몰부(311)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 냉각핀(300), 배터리 셀(200), 배터리 셀(200), 냉각핀(300)의 순서로 한 세트를 이루고, 이러한 세트가 복수 배치된 배터리 모듈일 경우, 어느 한 세트와 인접한 세트 간에는 냉각핀과 냉각핀이 인접할 수 있다. 이 경우, 인접한 냉각핀들의 제1열전달부 양측면에 각각 방열부가 구비될 경우, 인접한 냉각핀 간에는 방열부의 두께만큼 간격이 발생할 수 있다. 따라서, 제4실시예에서는 인접한 냉각핀(300)들 간에 이격 발생을 방지하기 위해 함몰부(311)가 형성될 수 있다.
이와 같이 제4실시예에 따르면, 냉각핀(300)의 일부에 별도의 제2방열부(340)를 구비하고, 제2방열부(340)가 배치되는 냉각핀(300)의 일부 구간에 배터리 셀(200) 측으로 오목하게 함몰부(311)를 형성함으로써 냉각 효율 및 공간 활용성을 동시에 높일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 모듈 하우징 110; 상부 하우징
120; 하부 하우징 200; 배터리 셀
210; 전극 조립체 220; 전극 리드
230; 파우치 외장재 231; 제1파우치
232; 제2파우치 233; 수납부
234; 실링부 300; 냉각핀
310; 제1열전달부 311; 함몰부
320; 제2열전달부 330; 제1방열부
331; 제1단면적 증가부 332; 제2단면적 증가부
340; 제2방열부 400; 추가 냉각핀
410; 제3열전달부 420; 제4열전달부
421; 제1절곡부 422; 제2절곡부
500; 히트싱크

Claims (12)

  1. 전극조립체와 전해액이 수납되는 수납부, 상기 수납부의 외측에 구비되는 실링부를 포함하는 복수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 일면에 접촉되며, 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각핀;
    상기 냉각핀으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크;
    상기 냉각핀의 일부에 배치되어 단면적을 증가시키는 방열부;
    를 포함하되,
    상기 냉각핀은 상기 배터리 셀에 면 접촉되는 제1열전달부, 상기 제1열전달부의 일단에 절곡되어 상기 히트싱크에 면 접촉되는 제2열전달부를 포함하고,
    상기 방열부는 상기 제2열전달부의 단부로부터 절곡되어 상기 제2열전달부와 평행하게 배치되는 제1단면적 증가부, 상기 제1단면적 증가부의 단부로부터 절곡되어 상기 제1열전달부와 평행하게 배치되는 제2단면적 증가부를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1단면적 증가부는 상기 제2열전달부에 밀착 고정되고, 상기 제2단면적 증가부는 상기 제1열전달부에 밀착 고정되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 히트싱크와 근접한 위치에 실링부를 구비하고, 상기 방열부는 상기 실링부와 대응되는 위치에 구비되는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 냉각핀, 배터리 셀, 배터리 셀, 냉각핀의 순서로 배치되며, 상기 배터리 셀들 사이에는 추가 냉각핀이 구비되는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가 냉각핀은 상기 배터리 셀에 면 접촉되는 제3열전달부, 상기 제3열전달부의 일단에 구비되어 상기 히트싱크에 면 접촉하는 제4열전달부를 포함하며,
    상기 제4열전달부는 상기 히트싱크 상에 제1방향으로 배치되는 제1절곡부, 상기 제1절곡부가 배치된 제1방향과 상이한 방향으로 배치되는 제2절곡부를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 전극조립체와 전해액이 수납되는 수납부, 상기 수납부의 외측에 구비되는 실링부를 포함하는 복수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 일면에 접촉되며, 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각핀;
    상기 냉각핀으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크;
    상기 냉각핀의 일부에 배치되어 단면적을 증가시키는 방열부;
    를 포함하되
    상기 방열부는 상기 실링부에 대응되는 위치의 냉각핀의 적어도 일면에 별도로 밀착 고정되고,
    상기 방열부가 배치되는 위치의 냉각핀에는 상기 배터리 셀 측으로 오목하게 함몰부가 형성되는 배터리 모듈.
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 방열부는 그래파이트 시트(Graphite sheet)를 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 하나에 따른 배터리 모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 배터리 팩.
  12. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 전원으로서 포함하는 디바이스.
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