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KR101636378B1 - 방열 구조를 가지는 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

방열 구조를 가지는 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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KR101636378B1
KR101636378B1 KR1020130102615A KR20130102615A KR101636378B1 KR 101636378 B1 KR101636378 B1 KR 101636378B1 KR 1020130102615 A KR1020130102615 A KR 1020130102615A KR 20130102615 A KR20130102615 A KR 20130102615A KR 101636378 B1 KR101636378 B1 KR 101636378B1
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강달모
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Abstract

전지셀들을 포함하는 단위모듈의 제조를 위한 모듈 하우징으로서, 전지셀들의 전지셀들의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재; 전지셀의 장착을 위해 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나의 내면 단부에 형성되어 있는 장착 만입부; 전지셀들이 장착된 상태에서 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위해 모듈 하우징에 형성되어 있는 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징을 제공한다.

Description

방열 구조를 가지는 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈 {Module Housing for Unit Module Having Heat Radiation Structure and Battery Module Comprising the Same}
본 발명은 방열 구조를 가지는 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀들을 포함하는 단위모듈의 제조를 위한 모듈 하우징으로서, 전지셀들의 전지셀들의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재, 전지셀의 장착을 위해 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나의 내면 단부에 형성되어 있는 장착 만입부, 전지셀들이 장착된 상태에서 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위해 모듈 하우징에 형성되어 있는 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재(전지케이스)로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 중대형 전지모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 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 내장하여 단위모듈을 구성하고 이러한 단위모듈들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 따라서, 별도의 카트리지는 기계적 강성이 높아지는 장점이 있지만, 전지모듈 전체의 크기가 커지게 되는 단점이 있다.
또한, 상기와 같은 구조는, 적층된 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다.
특히, 상기 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 다수의 냉매 유로가 채널 구조로 상기 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 형성되므로, 그 설계가 매우 복잡할 뿐만 아니라, 냉각 구조의 구성시 전지팩의 특정 부위에 냉각 부재나 열전도 부재가 장착될 경우, 전지팩의 전체 크기가 더욱 커지게 된다.
따라서, 카트리지에 전지셀을 내장하지 않고도 고출력 대용량의 전력을 제공하면서 간단하고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있고, 냉각 효율성과 안전성이 우수한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 단위모듈 제조용 모듈 하우징이 전지셀들의 외면을 감싸는 구조로 이루어져 있고, 전지셀에서 발생한 열이 커버부재들로 전도되어 냉각되는 구조로 구성됨으로써, 열전도 부재 또는 냉각 부재등과 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 소망하는 수준의 냉각 효율성을 발휘 할 수 있으며, 전지셀들의 외면을 감싸는 동일한 재질의 커버부재들에 의해 냉각 방향의 자유도가 증가하므로 효과적인 방열을 달성할 수 있는 효과가 있는 단위모듈 제조용 모듈 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전지셀의 방열을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 효율적인 냉각효과를 달성하며, 전반적인 제조비용을 낮추고, 제조공정이 용이한 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단위모듈 제조용 모듈 하우징은, 전지셀들을 포함하는 단위모듈의 제조를 위한 모듈 하우징으로서,
전지셀들의 전지셀들의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재;
전지셀의 장착을 위해 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나의 내면 단부에 형성되어 있는 장착 만입부;
전지셀들이 장착된 상태에서 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위해 모듈 하우징에 형성되어 있는 주입구;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 이러한 커버부재들이 전지셀들의 외면을 감싸는 구조로 이루어져 있고, 전지셀에서 발생한 열이 커버부재들로 전도되어 냉각되므로, 열전도 부재 또는 냉각 부재등과 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 소망하는 수준의 냉각 효율성을 발휘 할 수 있으며, 전지셀들의 외면을 감싸는 동일한 재질의 커버부재들에 의해 냉각 방향의 자유도가 증가하므로 효과적인 방열을 달성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나는 열 전도율이 10 W/mK ~ 500 W/mK인 것이 바람직하며, 열 전도율이 지나치게 작은 경우, 소망하는 수준의 냉각 효율성을 발휘 할 수 없으므로 바람직하지 않다.
구체적으로, 상기 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나는 열전도성 수지로 구성될 수 있으며, 상기 열전도성 수지는 높은 열 전도도를 갖는 물질로서, 예를 들어, 고분자 수지에 열전도물질 또는 탄소 섬유을 첨가한 복합 재료일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전지셀은 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 전극조립체가 수납부에 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부(“외주면 실링부”)가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 전지케이스의 외주면 실링부가 커버부재의 장착 만입부에 삽입된 상태로 전지셀이 장착되도록, 장착 만입부가 전지셀의 외주면 실링부에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 모듈 하우징이 전지셀 적층체의 외면을 감싸고 있는 단위모듈을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위 모듈은 모듈 하우징의 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지가 주입되는 구조일 수 있으며, 상기 열 가소성 수지는 액체 상태로 주입된 후 경화되는 구조로 이루어 질 수 있다.
즉, 이러한 구조에 의해 열 가소성 수지가 모듈 하우징의 장착 만입부와 전지셀 계면 사이를 완전히 밀착시킬 수 있고, 전지셀의 유동을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 전지셀을 고정하는 별도의 카트리지에 내장하지 않더라도 전지셀의 안정적인 적층 구조를 유지할 수 있다.
또한, 모듈 하우징의 장착 만입부를 전지셀 계면과 완전히 일치하게 제작하는 복잡한 공정을 필요로 하지 않으며, 경화된 열 가소성 수지가 전지셀에 밀착되어 있으므로 열전도에 의해 전지셀들을 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 열 가소성 수지는 높은 열 전도도를 갖는 물질로서, 예를 들어, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지 및 폴리부타디엔 수지 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층체의 전지셀들은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조일 수 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 권취형 구조, 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
상기 전지셀 적층체는, 전극단자가 일측 또는 양측에 각각 형성되어 있는 둘 이상의 전지셀들의 전극 단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고, 상기 전극단자들의 연결부는 절곡되어 상호 밀착된 상태의 적층 구조로 이루어질 수 있다.
참고로, 일반적인 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 단위모듈 다수 개가 직렬로 연결된 상태로 적층되어 있는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단위모듈 제조용 모듈 하우징은 전지셀들의 외면을 감싸는 구조로 이루어져 있고, 전지셀에서 발생한 열이 커버부재들로 전도되어 냉각되는 구조로 구성됨으로써, 열전도 부재 또는 냉각 부재등과 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 소망하는 수준의 냉각 효율성을 발휘 할 수 있으며, 전지셀들의 외면을 감싸는 동일한 재질의 커버부재들에 의해 냉각 방향의 자유도가 증가하므로 효과적인 방열을 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 판상형 전지셀의 평면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 판상형 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 판상형 전지셀(10)은 두 개의 전극리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지케이스(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(13)는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 전극조립체 수납부(14)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 전극조립체 수납부(14)의 외주면인 양측면(15b)과 상단부(15a) 및 하단부(15c)를 열융착에 의해 밀봉시켜 실링부(15)를 형성함으로써, 전지셀(10)이 만들어진다.
전지셀(10)은 상단부(15a)와 하단부(15c)에 전극리드(11, 12)가 돌출되어 있는 구조로서, 전극리드(11, 12)의 두께 및 전지케이스(13) 소재와의 이질성을 고려함과 동시에 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 단위전지용 모듈 하우징은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체(110)의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재(120) 및 제 2 커버부재(130)로 구성되어 있으며, 30 W/mK의 열전도율을 갖는 열 전도성 수지로 제작된 제 1 커버부재(120) 및 제 2 커버부재(130)의 내면 단부에는 전지셀 적층체(110)를 장착하기 위한 장착 만입부들(140)이 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
제 1 커버부재(120)와 제 2 커버부재(130)의 일측에는 전지셀 적층체(110)가 장착된 상태에서 장착 만입부(140)와 전지셀 적층체(110)의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위한 주입구들(151, 152)이 각각 형성되어 있다.
따라서, 단위모듈(100)은 열 전도성 수지로 제작된 커버부재들(120, 130)을 포함하는 단위전용 모듈 하우징이 전지셀 적층체(110)의 외면을 감싸는 구조로 이루어져 있고, 전지셀 적층체(110)에서 발생한 열은 열전도성이 높은 커버부재들(120, 130)로 직접 전도되어 냉각되는 구조를 갖음으로써, 열전도 부재 또는 냉각 부재등과 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 소망하는 수준의 냉각 효율성을 발휘함과 동시에 전지셀 적층체(110)의 외면을 감싸는 동일한 재질의 커버부재들(120, 130)에 의해 냉각 방향의 자유도가 증가되어 효과적인 방열 효과를 달성할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 단면도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 단위모듈(200)은 단위전지용 모듈 하우징이 전지셀 적층체(210)의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재(220) 및 제 2 커버부재(230)로 구성되어 있고, 30 W/mK의 열전도율을 갖는 열 전도성 수지로 제작된 제 1 커버부재(220) 및 제 2 커버부재(230)와 전지셀 적층체(210) 사이에는 잉여 공간들(261, 262)이 각각 형성되어 있다.
제 1 커버부재(220)와 제 2 커버부재(230)의 일측에는 전지셀 적층체(210)가 장착된 상태에서 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위한 주입구들(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이러한 주입구를 통해 Bostic사의 Thermelt861을 액체상태로 주입시킨 후 경화시킴으로써, 제 1 커버부재(220) 및 제 2 커버부재(230)와 전지셀 적층체(210)가 유동하지 않도록 완전히 밀착된 구조의 단위모듈(200)이 완성된다.
이러한 구조의 단위모듈(200)은 열 가소성 수지가 모듈 하우징과 전지셀 적층체(210) 사이에 형성되는 잉여공간들(261, 262)을 완전히 채워 밀착시킬 수 있고, 전지셀 적층체(210)의 유동을 효과적으로 방지할 수 있으며, 제 1 커버부재(220) 및 제 2 커버부재(210)의 장착 만입부를 전지셀 적층체(210) 계면과 완전히 일치하게 제작하는 복잡한 공정을 필요로 하지 않으므로 단위모듈(200)의 생산수율 및 제조공정의 효율성이 향상된다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 전지셀들을 포함하는 단위모듈의 제조를 위한 모듈 하우징으로서,
    전지셀들의 외면 전체를 감싸면서 상호 결합되는 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재;
    전지셀의 장착을 위해 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중 적어도 하나의 내면 단부에 형성되어 있는 장착 만입부;
    전지셀들이 장착된 상태에서 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지를 주입하기 위해 모듈 하우징에 형성되어 있는 주입구;
    를 포함하고,
    상기 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중의 적어도 하나는 열전도성 수지로 구성되어 있으며,
    상기 전지셀들에서 발생한 열이 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재에 전도되는 구조로 방열되어 냉각 되는 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 커버부재 및 제 2 커버부재 중의 적어도 하나는 열전도율이 10 W/mK ~ 500 W/mK인 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 수지는 고분자 수지에 열전도물질또는 탄소 섬유을 첨가한 복합 재료인 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전지케이스는 전극조립체가 수납부에 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부(“외주면 실링부”)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 외주면 실링부가 커버부재의 장착 만입부에 삽입된 상태로 전지셀이 장착되도록, 장착 만입부는 전지셀의 외주면 실링부에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈 제조용 모듈 하우징.
  8. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 모듈 하우징이 전지셀 적층체의 외면을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 모듈 하우징의 장착 만입부와 전지셀의 계면에 열 가소성 수지가 주입되어 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열 가소성 수지는 액체 상태로 주입된 후 경화되는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 열 가소성 수지는 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지 및 폴리부타디엔 수지에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체의 전지셀들은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조인 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는, 둘 이상의 전지셀들의 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고, 상기 전극단자들의 연결부는 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 단위모듈.
  15. 제 14 항에 따른 단위모듈 다수 개가 직렬로 연결된 상태로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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