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KR102332343B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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KR102332343B1
KR102332343B1 KR1020180155399A KR20180155399A KR102332343B1 KR 102332343 B1 KR102332343 B1 KR 102332343B1 KR 1020180155399 A KR1020180155399 A KR 1020180155399A KR 20180155399 A KR20180155399 A KR 20180155399A KR 102332343 B1 KR102332343 B1 KR 102332343B1
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battery
secondary battery
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김민형
박혜웅
임성윤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 상부 케이스와 하부 케이스가 일체형으로 형성되는 파우치형 전지 케이스를 포함하는 이차 전지; 적어도 하나의 개방부를 포함하며, 상기 이차 전지가 상기 개방부를 통해 내부로 삽입되는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 이차 전지의 일측에 배치되는 냉각부를 포함하며, 상기 전지 케이스는, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 연결되는 영역이 폴딩되어 형성된 폴딩부를 포함하고, 상기 이차 전지는, 상기 폴딩부가 상기 냉각부와 직접 접촉한다.

Description

전지 모듈{The Battery Module}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부피 대비 에너지 효율을 개선하고 이차 전지들의 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.
만약 대용량 전력을 소모하는 대형 전기 기기에는 이차 전지들이 복수로 필요하다. 이러한 복수의 이차 전지들을 용이하게 이동하고 설치하기 위해, 전지 모듈을 제조한 후, 이를 이용하여 전지 팩을 조립할 수 있다. 전지 모듈에 복수의 이차 전지들을 설치하면, 이차 전지들이 고정되어 외부로 전기를 안정적으로 공급할 수 있다.
한편, 이차 전지의 전극 조립체에서 전기가 생산되기 위해, 전극과 전해액 간의 화학 반응이 발생하며, 이러한 과정에서 열이 발생한다. 그런데 열에 의해 주변 온도가 과도하게 상승하면, 이차 전지가 설치된 전기 기기의 회로에 오작동이 발생하거나 전기 기기의 수명이 단축되는 문제가 있다. 따라서, 전지 모듈에는 이차 전지를 냉각하기 위한 냉각 시스템이 포함된다.
냉각 시스템에는 크게 냉각수로 냉각하는 수냉식 및 공기로 냉각하는 공랭식 등의 방식이 있다. 이 중에서 수냉식 냉각 시스템이 공랭식 냉각 시스템보다 냉각 효율이 더 높아, 더욱 많이 활용된다. 그런데, 종래에는 이러한 냉각 시스템이 복수로 형성되어, 복수의 이차 전지들 각각마다 적용되었다. 따라서, 전지 모듈의 부피가 과도하게 증가하는 대신, 이차 전지들이 차지하는 부피의 비율은 상대적으로 작으므로, 전지 모듈의 부피 대비 에너지 효율이 저하되는 문제가 있었다.
한국공개공보 제2006-0099216호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 부피 대비 에너지 효율을 개선하고 이차 전지들의 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 상부 케이스와 하부 케이스가 일체형으로 형성되는 파우치형 전지 케이스를 포함하는 이차 전지; 적어도 하나의 개방부를 포함하며, 상기 이차 전지가 상기 개방부를 통해 내부로 삽입되는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 이차 전지의 일측에 배치되는 냉각부를 포함하며, 상기 전지 케이스는, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 연결되는 영역이 폴딩되어 형성된 폴딩부를 포함하고, 상기 이차 전지는, 상기 폴딩부가 상기 냉각부와 직접 접촉한다.
또한, 상기 폴딩부는, 상기 이차 전지의 전장 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 전장과 전폭의 비율이 2:1 이상일 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 일면이 상기 개방부를 향할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 전폭이 상기 냉각부에 직교하는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 적어도 한 쌍의 슬롯이, 서로 마주보는 한 쌍의 내벽의 서로 대응되는 위치에, 상기 개방부로부터 내측을 향하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 양 단이 상기 한 쌍의 슬롯에 각각 삽입될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 복수로 형성되고, 복수의 상기 이차 전지는, 상기 하우징에 나란히 배열될 수 있다.
또한, 복수의 상기 이차 전지는, 각각의 폴딩부가 하나의 상기 냉각부와 직접 접촉할 수 있다.
또한, 상기 개방부는, 복수로 형성되고, 상기 하우징은, 서로 반대되는 양측에 상기 개방부가 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 서로 반대되는 양면이 각각 복수의 상기 개방부를 향할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지 팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 디바이스의 구조 및 그것들의 제작 방법은 당업계 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
하나의 냉각부에 복수의 이차 전지가 모두 냉각되고, 이차 전지의 폴딩부가 냉각부에 직접 접촉함으로써, 전지 모듈의 부피 대비 에너지 효율을 개선하면서, 이차 전지들의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사이드부를 절곡하기 전의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조가 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 조립도이다.
도 5는 이차 전지의 사이드부가 냉각부에 접촉하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 이차 전지의 폴딩부가 냉각부에 접촉하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 파우치 형의 전지 케이스(13), 상기 전지 케이스(13)의 내부에 수용되는 전극 조립체(10)를 포함한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 등 두 개의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있고, 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 개의 전극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있고 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 도 1에서는 컵부(133)가 하부 케이스(132)에만 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 상부 케이스(131)에도 형성될 수 있는 등 다양하게 형성될 수 있다.
상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 일측이 서로 연결되어 일체형으로 제조될 수 있다. 그리고 폴딩부(135, 도 2에 도시됨)는 이러한 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 연결되는 영역이 폴딩되어 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 폴딩부(135)가 냉각부(3, 도 4에 도시됨)에 직접 접촉한다. 그런데 만약, 길이가 상대적으로 짧은 모서리끼리 연결된다면, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 폴딩되어 형성되는 폴딩부(135)의 길이가 상대적으로 짧게 형성되고, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 서로 실링되는 실링부의 길이가 상대적으로 길게 형성된다. 따라서, 상대적으로 실링부의 영역이 넓어져, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 폴딩한 후 상대적으로 더 넓은 영역을 실링하여야 하므로, 시간 및 비용이 더 많이 소모된다. 또한, 냉각부(3)에 직접 접촉하는 폴딩부(135)의 면적이 좁아지므로, 냉각 효율도 감소한다.
그러나 만약, 길이가 상대적으로 긴 모서리끼리 연결된다면, 폴딩부(135)의 길이가 상대적으로 길게 형성되고, 실링부의 길이가 상대적으로 짧게 형성된다. 따라서, 상대적으로 실링부의 영역이 좁아져 상대적으로 더 좁은 영역을 실링하면 되므로, 시간 및 비용을 절약할 수 있다. 또한, 냉각부(3)에 직접 접촉하는 면적이 넓어지므로, 냉각 효율도 증가한다.
따라서, 상기 폴딩부(135)의 영역이 상대적으로 더 넓어지기 위해서, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이, 길이가 상대적으로 더 긴 모서리끼리 연결되는 것이 바람직하다. 그럼으로써 이차 전지의 폴딩부(135)는 이차 전지의 전폭 방향(W, 도 2에 도시됨)보다는, 전장 방향(L, 도 2에 도시됨)으로 길게 형성될 수 있다. 바람직하게는 이차 전지(1)는 대략 전장과 전폭의 비율이 2:1 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 전장과 전폭의 비율이 5:1 이상일 수 있다. 그럼으로써, 냉각부(3)와의 접촉 면적이 더욱 넓어져 냉각 효율이 더욱 증가할 수 있다. 또한, 상당히 많은 이차 전지(1)가 전폭 방향으로 직립하여 하우징(2)의 내부에 나란히 배열되더라도, 하우징(2)의 전체 형상이 정방형에 가까운 형상을 가질 수 있어 전지 모듈(100)의 배치가 용이할 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사이드부(134)를 절곡하기 전의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 제조가 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부를 실링하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 사이드부(134)가 형성된다. 그리고, 이러한 사이드부(134)는 일측으로 절곡함으로써 도 3에 도시된 바와 같이, 이차 전지(1)의 제조를 완료할 수 있다. 사이드부(134)를 절곡할 때에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 1회 절곡할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 2회 연속으로 절곡하는 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding) 방법을 사용하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 또한, 사이드부(134)를 절곡한 후에, 별도의 절연 테이프를 이용하여 테이핑을 할 수도 있다. 이와 같이, 사이드부(134)를 절곡함으로써, 이차 전지(1)의 전체 부피를 감소시켜 부피 대비 에너지 효율을 증가시킬 수 있고, 이차 전지(1)를 특정 공간에 용이하게 삽입할 수 있어 공간 활용성도 증가시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 사이드부(134)에 의해 이차 전지(1)의 두께가 두꺼워질 수 있다. 따라서, 이차 전지(1)의 사이드부(134)가 냉각부(3)와 접촉한다면, 폴딩부(135)가 접촉하는 경우보다 냉각 효율이 저하된다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 조립도이다.
상기 제조된 이차 전지(1)들을 이용하여 전지 모듈(100)을 조립할 수 있다. 이러한 전지 모듈(100)을 이용하면, 발열하는 이차 전지(1)들의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하고, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 일체형으로 형성되는 파우치형 전지 케이스(13)를 포함하는 이차 전지(1); 적어도 하나의 개방부(23)를 포함하며, 상기 이차 전지(1)가 상기 개방부(23)를 통해 내부로 삽입되는 하우징(2); 및 상기 하우징(2)의 내부에 형성되며, 상기 이차 전지(1)의 일측에 배치되는 냉각부(3)를 포함하며, 상기 전지 케이스(13)는, 상기 상부 케이스(131)와 상기 하부 케이스(132)가 연결되는 영역이 폴딩되어 형성된 폴딩부(135)를 포함하고, 상기 이차 전지(1)는, 상기 폴딩부(135)가 상기 냉각부(3)와 직접 접촉한다.
하우징(2)은 적어도 하나의 이차 전지(1)를 수용하며, 이차 전지(1)를 고정시킴으로써, 이차 전지(1)가 외부로 전기를 안정적으로 공급할 수 있다. 이러한 하우징(2)은 적어도 하나의 개방부(23)를 포함한다. 그리고 이차 전지(1)는 개방부(23)를 통해 하우징(2)의 내부로 삽입된다. 이차 전지(1)가 하우징(2)의 내부에 삽입되면, 개방부(23)는 수분 기타 이물질의 침투를 방지하기 위해 별도의 커버(미도시)로 커버될 수 있으나, 외부의 공기가 통기하여 냉각 효율을 더 증대시키기 위해, 커버가 존재하지 않거나, 메쉬 형태의 커버로 커버될 수도 있다.
하우징(2)은 적어도 한 쌍의 슬롯(22)을 포함하며, 이러한 슬롯(22)은 하우징(2)의 서로 마주보는 한 쌍의 내벽(21)의 서로 대응되는 위치에 형성된다. 여기서 한 쌍의 내벽(21)은 상기 개방부(23)의 주변을 포위하는 내벽(21) 중 한 쌍이다. 그리고, 슬롯(22)은 상기 개방부(23)로부터 하우징(2)의 내측을 향하는 방향으로 길게 형성된다. 따라서, 이차 전지(1)의 양 단이 한 쌍의 슬롯(22)에 각각 삽입되면, 이차 전지(1)는 슬롯(22)이 형성된 방향으로 배치된다.
냉각부(3)는 발열하는 이차 전지(1)를 냉각시키며, 이를 위해 냉각부(3)의 내부에는 별도의 유로(미도시)가 형성되어 냉각수가 유동할 수 있다. 그리고, 유로는 굵기가 가늘고 길이가 길수록, 표면적이 넓어져 냉각 효율이 증가할 수 있다.
냉각부(3)는 플레이트 형상을 가져 하우징(2)의 일측에 형성되는 것이 바람직하다. 이 때 도 4에 도시된 바와 같이, 개방부(23)를 통해 하우징(2)의 내부에 냉각부(3)를 먼저 삽입하여, 하우징(2)의 바닥에 냉각부(3)를 설치할 수 있다. 그리고 냉각부(3)가 개방부(23)와 대략 평행하게 배치됨으로써, 냉각부(3)의 일면이 상기 개방부(23)를 향할 수 있다. 그리고, 이차 전지(1)의 양 단을 슬롯(22)에 삽입하면, 이차 전지(1)의 일측이 냉각부(3)의 일면과 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 기술한 바와 같이, 슬롯(22)은 개방부(23)로부터 하우징(2)의 내측을 향하는 방향으로 길게 형성된다. 따라서, 이차 전지(1)의 양 단이 슬롯(22)에 각각 삽입되면, 이차 전지(1)가 냉각부(3) 상에서 직립하며, 특히 이차 전지(1)의 전폭이 냉각부(3)와 직교하는 방향으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지(1)의 폴딩부(135)가 냉각부(3)와 직접 접촉한다. 따라서, 냉각부(3)가 하우징(2)의 바닥에 설치되면, 폴딩부(135)가 하방을 향한 상태에서 이차 전지(1)를 삽입한다. 다만, 이에 제한되지 않고, 이차 전지(1)를 먼저 삽입한 후에 냉각부(3)를 삽입한다면, 폴딩부(135)가 상방을 향한 상태에서 이차 전지(1)를 삽입할 수도 있다.
이차 전지(1)는 복수로 형성될 수 있다. 이를 위해 슬롯(22)도 복수로 형성되며, 하우징(2)의 내벽(21)에 일정 간격을 두고 나란히 형성된다. 그리고 이러한 슬롯(22)에 각각 복수의 이차 전지(1)가 각각 삽입되면, 복수의 이차 전지(1)는 하우징(2)의 내부에 나란히 배열될 수 있다.
이차 전지(1)가 복수로 형성되더라도, 냉각부(3)는 하나만 형성되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 복수의 이차 전지(1)는 모두, 각각의 폴딩부(135)가 하나의 냉각부(3)와 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 복수의 이차 전지(1) 각각마다 냉각부(3)가 형성될 필요가 없으므로, 전지 모듈(100) 전체 부피를 감소시킬 수 있다.
도 5는 이차 전지(1)의 사이드부(134)가 냉각부(3)에 접촉하는 모습을 나타낸 개략도이다.
상기 기술한 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 연결되는 영역이 폴딩되면 폴딩부(135)가 형성된다. 그리고, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부를, 서로 접한 상태에서 실링하면 사이드부(134)가 형성된다. 이러한 사이드부(134)를 절곡함으로써 이차 전지(1)의 제조가 완료된다.
사이드부(134)가 절곡될 때는 이차 전지(1)의 부피를 감소시키기 위해, 이차 전지(1)의 컵부(133)가 형성된 방향을 향해 절곡되는 것이 바람직하다. 그런데 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(1)의 사이드부(134)가 냉각부(3)와 접촉한다면, 냉각부(3)의 냉기가 컵부(133)로 직접 전달되지 않고, 사이드부(134)를 통해서 컵부(133)로 전달된다. 즉, 냉각부(3)와 컵부(133)의 사이의 열전달에 있어서, 사이드부(134)가 장애물이 되어, 냉각 효율이 감소한다.
나아가, 더블 사이드 폴딩으로 사이드부(134)를 2회 연속으로 절곡한다면, 사이드부(134)의 두께가 더욱 두꺼워져, 냉각 효율이 더욱 감소할 수 있다. 또는, 사이드부(134)에 별도의 테이핑을 하지 않는 경우에는, 사이드부(134)가 컵부(133)와 접촉하지 않을 수도 있다. 그러면, 사이드부(134)와 컵부(133)의 사이에 별도의 공기층이 형성되어, 냉각 효율이 더욱 감소할 수도 있다.
도 6은 이차 전지(1)의 폴딩부(135)가 냉각부(3)에 접촉하는 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 이차 전지(1)의 사이드부(134)가 아닌, 폴딩부(135)가 냉각부(3)에 직접 접촉한다. 따라서, 냉각부(3)와 컵부(133)의 사이의 열전달에 있어서, 장애물이 존재하지 않으므로, 냉각부(3)의 냉기가 이차 전지(1)의 컵부(133)에 직접 전달되어 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 냉각부(3)의 일면을 이용하여 적어도 하나의 이차 전지(1)를 냉각시킬 수 있다. 그러나, 냉각부(3)는 플레이트 형상을 가질 수 있고, 양면이 모두 냉각 능력을 가진다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 하우징(2a)이 복수의 개방부(23a), 예를 들어 두 개의 개방부(23a)를 가질 수 있으며, 이러한 개방부(23a)는 하우징(2a)의 서로 반대되는 양측에 각각 형성될 수 있다. 즉, 하우징(2a)의 일측에는 제1 개방부(23a)가 형성되고, 타측에는 제2 개방부(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각부(3a)가 하우징(2a)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 이 때, 냉각부(3a)의 서로 반대되는 양면이, 각각 복수의 개방부(23a)를 향할 수 있다.
하우징(2a)의 복수의 개방부(23a)를 통해, 복수의 이차 전지(1)가 각각 삽입될 수 있다. 이를 위해, 하우징(2a)의 서로 마주보는 한 쌍의 제1 내벽(21a)에도, 서로 대응되는 위치에 적어도 한 쌍의 제1 슬롯(22a)이 형성되고, 서로 마주보는 한 쌍의 제2 내벽(미도시)에도, 서로 대응되는 위치에 적어도 한 쌍의 제2 슬롯(미도시)이 형성될 수 있다. 여기서 한 쌍의 제1 내벽(21a)은 복수의 개방부(23a) 중에서 제1 개방부(23a)의 주변을 포위하는 제1 내벽(21a) 중 한 쌍이고, 한 쌍의 제2 내벽(미도시)은 복수의 개방부(23a) 중에서 제2 개방부(미도시)의 주변을 포위하는 제2 내벽(미도시) 중 한 쌍이다.
제1 슬롯(22a)은 제1 개방부(23a)로부터 하우징(2a)의 내측을 향하는 방향으로 길게 형성되고, 제2 슬롯(미도시)도 제2 개방부(미도시)로부터 하우징(2a)의 내측을 향하는 방향으로 길게 형성된다. 따라서, 제1 슬롯(22a) 및 제2 슬롯(미도시)으로 각각 이차 전지(1)들이 삽입될 수 있다. 이 때에도, 복수의 이차 전지(1)는 모두 폴딩부(135)가 냉각부(3a)를 향하는 방향으로 삽입되어, 각각의 폴딩부(135)가 냉각부(3a)와 직접 접촉한다.
한편, 도 7은 하우징(2a)의 일측을 도시한 도면이므로, 도 7에는 제1 내벽(21), 제1 개방부(23a) 및 제1 슬롯(22a)만이 도시되어 있고, 하우징(2a)의 타측에 형성된 제2 내벽(미도시), 제2 개방부(미도시) 및 제2 슬롯(미도시)은 도시되지 않았다. 그러나, 통상의 기술자는 도 7을 통해, 하우징(2a)의 타측에 제2 내벽(미도시), 제2 개방부(미도시) 및 제2 슬롯(미도시)이, 제1 내벽(21), 제1 개방부(23a) 및 제1 슬롯(22a)에 대응되어 형성될 수 있음을 용이하게 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지 2: 하우징
3: 냉각부 10: 전극 조립체
11: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 전지 케이스 14: 절연부
21: 내벽 22: 슬롯
23: 개방부 100: 전지 모듈
111: 양극 탭 112: 음극 탭
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 케이스 132: 하부 케이스
133: 컵부 134: 사이드부
135: 폴딩부 1331: 수용 공간

Claims (14)

  1. 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 상부 케이스와 하부 케이스가 일체형으로 형성되는 파우치형 전지 케이스를 포함하는 이차 전지;
    적어도 하나의 개방부를 포함하며, 상기 이차 전지가 상기 개방부를 통해 내부로 삽입되는 하우징; 및
    상기 개방부를 통해 상기 하우징의 내부로 삽입되며, 냉각수가 유동되는 유로가 내부에 형성된 냉각부를 포함하며,
    상기 전지 케이스는,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 연결되는 영역이 폴딩되어 형성된 폴딩부를 포함하고,
    상기 이차 전지는,
    상기 폴딩부가 상기 냉각부와 직접 접촉하도록 상기 하우징 내에 고정된, 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴딩부는,
    상기 이차 전지의 전장 방향으로 길게 형성되는, 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    전장과 전폭의 비율이 2:1 이상인, 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    일면이 상기 개방부를 향하는, 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    전폭이 상기 냉각부에 직교하는 방향으로 형성되는, 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    적어도 한 쌍의 슬롯이, 서로 마주보는 한 쌍의 내벽의 서로 대응되는 위치에, 상기 개방부로부터 내측을 향하는 방향으로 길게 형성되는, 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    양 단이 상기 한 쌍의 슬롯에 각각 삽입되는, 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    복수로 형성되고,
    복수의 상기 이차 전지는,
    상기 하우징에 나란히 배열되는, 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 상기 이차 전지는,
    각각의 폴딩부가 하나의 상기 냉각부와 직접 접촉하는, 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개방부는,
    복수로 형성되고,
    상기 하우징은,
    서로 반대되는 양측에 상기 개방부가 각각 형성되는, 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    서로 반대되는 양면이 각각 복수의 상기 개방부를 향하는, 전지 모듈.
  12. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  13. 제12항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디바이스는,
    컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치인 디바이스.
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