우수한 냉각 효율성의 중대형 전지팩 케이스(Middle or Large-sized Battery Pack Case of Excellent Cooling Efficiency)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년01월18일
(11) 등록번호 10-1106105
(24) 등록일자 2012년01월09일
(51) Int. Cl.

H01M 10/50 (2006.01) H01M 2/10 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-0062893
(22) 출원일자 2009년07월10일
심사청구일자 2009년07월10일
(65) 공개번호 10-2010-0012018
(43) 공개일자 2010년02월04일
(30) 우선권주장
1020080073276 2008년07월26일 대한민국(KR)
(56) 선행기술조사문헌
US20060093901 A1
KR100853621 B1
KR1020070088994 A
(73) 특허권자
주식회사 엘지화학
서울특별시 영등포구 여의대로 128 (여의도동)
(72) 발명자
정재호
대전광역시 유성구 도룡동 LG화학사원아파트 3동
516호
강달모
대전광역시 유성구 전민동 청구나래아파트 110동
902호
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
손창규
전체 청구항 수 : 총 10 항 심사관 : 박진
(54) 우수한 냉각 효율성의 중대형 전지팩 케이스
(57) 요 약
충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 내장되는 중대
형 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부
터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에
위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구
에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 단위 셀 적층체의 상단부에 대면하는
냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서 냉매 유입구 방향으로, 단위 셀 적층체의 상단면에 대
해 양( )의 각도(A)로 기울어진 경사면 구조로 이루어져 있고, 상기 전지모듈을 포함한 중대형 전지팩 케이스가
장착되는 디바이스의 내면 구조에 대응하여, 상기 냉매 유입구는 상기 경사면의 각도(A)보다 큰 크기의 각도(B)
로 기울어져 있으며, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도일 때, 상기 경사면의 기울기 각도(A)는
3 내지 8도인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩 케이스를 제공한다.
대 표 도
등록특허 10-1106105
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(72) 발명자
임예훈
대전광역시 유성구 관평동 금성백조예미지아파트
705동 15호
윤종문
대전광역시 중구 용두동 2-4번지
등록특허 10-1106105
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특허청구의 범위
청구항 1
충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈( 단위 셀 ) 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 내장되는 전지
팩 케이스로서,
단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 단위 셀 적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측
으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고
있고,
냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간( 냉매 유입부 )과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르
는 유동 공간( 냉매 배출부 )이 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며,
단위 셀 적층체의 상단부에 대면하는 냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서 냉매
유입구 방향으로, 단위 셀 적층체의 상단면에 대해 양( )의 각도(A)로 기울어진 경사면 구조로 이루어져 있고,
상기 전지모듈을 포함한 전지팩 케이스가 장착되는 디바이스의 내면 구조에 대응하여, 상기 냉매 유입
구는 상기 경사면의 각도(A)보다 큰 크기의 각도(B)로 기울어져 있으며,
상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도일 때, 상기 경사면의 기울기 각도(A)는 3 내지 8도
인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 경사면의 기울기 각도(A)는 3 내지 5도인 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 3
제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는 20 내지 50도인 것을 특징으로 하는 전지팩
케이스.
청구항 4
제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구의 폭은 단위 셀 적층체의 길이에 대응하는 팩 케이스의 길이를 기
준으로 5 내지 25%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 5
제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 단위 셀 적층체의 상단면으로부터 1 내지 10 mm의
높이로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 6
삭제
청구항 7
제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 케이스는 단위 셀의 적층방향에 대응하는 길이가 단위 셀의 폭방향에
대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 8
제 1 항에 있어서, 상기 냉매 배출부는 단위 셀 적층체의 하단부에 대해 균일한 높이를 가지는 것을 특
징으로 하는 전지팩 케이스.
청구항 9
제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구 또는 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈
을 관통한 후 배출구로 이동할 수 있도록 송풍 팬이 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스.
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청구항 10
제 1 항에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 전지팩.
청구항 11
제 10 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 또는 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리
드 전기 자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 우수한 냉각 효율성의 중대형 전지팩 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충방전이 가[0001]
능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀') 다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 내장되는 중대형 전지팩 케이스로
서, 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고 있고, 냉매 유입부
과 냉매 배출부가 팩 케이스에 각각 형성되어 있으며, 단위 셀 적층체의 상단부에 대면하는 냉매 유입부의 상단
내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서 냉매 유입구 방향으로, 단위 셀 적층체의 상단면에 대해 양( )의 각도
(A)로 기울어진 경사면 구조로 이루어져 있고, 상기 냉매 유입구는 상기 경사면의 각도(A)보다 큰 크기의 각도
(B)로 기울어져 있으며, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도일 때, 상기 경사면의 기울기 각도
(A)는 3 내지 8도로 이루어진 중대형 전지팩 케이스에 관한 것이다.
배 경 기 술
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.[0002]
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방
안으로 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[0003]
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[0004]
수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고
있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮
으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수[0005]
의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야
한다.
또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와[0006]
같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키는 바, 충방전 과정에서 발생한 단위전지
의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 촉진하며, 경우에 따라
서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것에 내장되
어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
한편, 다수의 전지셀들로 구성된 중대형 전지팩에서, 일부 전지셀의 성능 저하는 전체 전지팩의 성능[0007]
저하를 초래하게 된다. 이러한 성능 불균일성을 유발하는 주요 원인 중의 하나는 전지셀들 간의 냉각 불균일성
에 의한 것이므로, 유로의 형상을 최적화하여 냉매의 유동시 온도 편차를 최소화할 수 있는 구조가 요구된다.
종래기술에 따른 중대형 전지팩들 중에는, 냉매 유입구와 냉매 배출구가 상호 반대 방향으로 팩 케이스[0008]
의 상부 및 하부에 위치하고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동 공간의 상면과 하면이 평행한 구조로
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형성되어 있는 팩 케이스를 사용하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 구조에서는, 유량이 냉매 배출구 근처의 전
지셀들 사이의 유로에 많이 유입되는 경향이 나타나고, 냉매 유입구 근처의 유로에는 유량이 많이 감소하여 전
지셀들 간의 온도 편차가 높다는 문제점을 가지고 있다.
이와 관련하여, 한국 특허출원공개 제2006-0037600호, 제2006-0037601호 및 제2006-0037627호에는 전[0009]
지셀들의 대향면에 대하여 경사지게 형성되는 공기 가이드면이 냉매 유입구에서 멀어질수록 상기 전지셀들에 더
가까워지도록 하향 경사지게 설치되어 있는 중대형 전지팩이 제시되어 있다. 구체적으로, 전지셀들의 대향면에
대해 15 내지 45도의 범위에서 공기 가이드면을 일정한 기울기로 형성하고 냉매 유입구를 평행하게 형성함으로
써, 냉매 배출구 근처의 전지셀 유로로 냉매가 몰리는 현상을 억제하고 있다.
그러나, 본 출원의 발명자들이 확인한 바로는, 냉매 유입구의 위치가 팩 케이스의 위치보다 상부에 위[0010]
치하는 경우, 즉, 팩 케이스를 장착하는 디바이스의 구조상, 냉매 유입구의 기울기가 냉매 유입구의 대향 단부
의 기울기보다 크게 형성된 팩 케이스를 포함하고 있는 중대형 전지팩의 경우, 상기와 같이 공기 가이드면의 기
울기가 15 내지 45도의 범위일 때, 냉매 배출구 근처의 전지셀 유로로 냉매가 몰리는 현상을 억제할 수 없고,
이는 전지셀들간의 온도편차를 증가시켜 소망하는 냉각 균일성을 확보할 수 없음을 확인하였다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.[0011]
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적[0012]
으로 한다.
본 출원의 발명자들은 중대형 전지팩 케이스에 대한 다양한 실험들과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에,[0013]
냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도일 때, 경사면의 기울기 각도(A)를 3 내지 8도의 구조로 형성하는
경우, 놀랍게도, 온도 편차를 최소화하고, 그에 따라 전지셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거하며, 전
지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
과제 해결수단
따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스는, 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈('단위 셀')[0014]
다수 개가 적층되어 있는 전지모듈이 내장되는 중대형 전지팩 케이스로서, 단위 셀들의 냉각을 위한 냉매가 셀
적층방향에 수직한 방향으로 전지모듈의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구와 냉매 배출구
가 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고 있고, 냉매 유입구로부터 전지모듈에 이르는 유동
공간('냉매 유입부')과 전지모듈로부터 냉매 배출구에 이르는 유동 공간('냉매 배출부')이 팩 케이스에 각각 형
성되어 있으며, 단위 셀 적층체의 상단부에 대면하는 냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부에서
냉매 유입구 방향으로, 단위 셀 적층체의 상단면에 대해 양( )의 각도(A)로 기울어진 경사면 구조로 이루어져
있고, 상기 전지모듈을 포함한 중대형 전지팩 케이스가 장착되는 디바이스의 내면 구조에 대응하여, 상기 냉매
유입구는 상기 경사면의 각도(A)보다 큰 크기의 각도(B)로 기울어져 있으며, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도
(B)가 20 내지 80도일 때, 상기 경사면의 기울기 각도(A)는 3 내지 8도인 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스에서, 냉매 유입부의 상단 내면은, 냉매 유입구의 대향 단부[0015]
에서 냉매 유입구 방향으로, 단위 셀 적층체의 상단면에 대해 양( )의 각도(A)로 기울어진 경사면 구조로 이루
어져 있고, 냉매 유입구가 상기 경사면의 각도(A)보다 큰 크기의 각도(B)로 기울어져 있는 구조로 형성되어 있
어서, 디바이스에 대한 장착 조건에 따라 냉매 유입구의 위치가 팩 케이스의 위치보다 상부에 위치하는 경우에
도 소망하는 수준의 냉각 효율성을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 실험 결과에 따르면, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도[0016]
인 경우, 상기 경사면의 기울기 각도(A)를 3 내지 8도로 형성하면, 냉매 유입구가 소정의 기울기를 가지는 경우
발생하는 단위 셀들 사이의 유로로 흐르는 냉매의 불균일성을 최소화할 수 있으므로, 단위 셀 들의 충방전시 발
생하는 열의 편차를 적정 온도 이하로 줄일 수 있고, 이는 결과적으로, 전지모듈의 수명을 늘리고 단위 셀들의
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작동 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, '양( )의 각도(A)로 기울어진 경사면'이란, 냉매 유입구 쪽에 위치한 냉매 유입부의 상단 내면[0017]
이 냉매 유입구의 대향 단부 쪽에 위치하는 냉매 유입부의 상단 내면보다 높은 위치에 있음을 의미한다.
또한, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 경사면의 기울기 각도(A)로 변곡되는 부위는, 냉매 유입구가 위[0018]
치하는 팩 케이스의 단부로부터, 팩 케이스 길이의 10 내지 60%의 길이에 대응하는 거리 상에 위치할 수 있다.
이러한 기울기 각도의 변곡 부위는 각진 구조일 수도 있고, 완만한 구조일 수도 있다.
종래기술의 중대형 전지팩 케이스에서는, 냉매 유입부의 상단 내면보다 큰 각도로 냉매 유입구가 기울[0019]
어진 구조가 고려되지 못하였다. 이는 아마도 냉매 유입구의 각도가 큰 경우에 냉매의 유입 방향이 상당 부분
영향을 받아 냉각 효율성을 기할 수 없다고 판단하였기 때문인 것으로 추측된다. 그러나, 중대형 전지팩이 디
바이스에 장착되는 조건에 따라서는 냉매 유입구의 각도가 큰 구조가 불가피하게 요구될 수 있으며, 본 발명은
이러한 상황에서도 우수한 냉각 효율성을 발휘할 수 있는 특별한 조건을 제공한다.
본 출원의 발명자들이 수행한 실험에 따르면, 냉매 유입부의 상단 내면이 두 개의 경사면 구조, 즉, 냉[0020]
매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도이고, 상기 경사면의 기울기 각도(A)가 3 내지 8도로 형성된 구조로
이루어진 경우, 냉매 유입부의 상단 내면이 단위 셀 적층체의 상단부와 평행하거나 또는 단일 기울기의 경사면
구조로 이루어진 경우와 비교하여, 단위 셀들 사이를 흐르는 냉매의 온도 편차를 줄여 냉각의 균일성을 더욱 향
상시킨 것으로 확인되었다.
또한, 중대형 전지팩이 장착되는 디바이스의 조건에 의해 큰 냉매 유입구의 각도(B)를 필요로 하는 경[0021]
우에도, 상기와 같은 특정의 냉매 유입부 상단 내면 구조에 의해 소망하는 냉각 균일성을 효과적으로 발휘할 수
있다.
예를 들어, 상기 디바이스가 하이브리드 전기자동차인 경우, 차량의 내부 구조에 따라 냉매 유입구의[0022]
각도를 달리하며 다양한 위치에 전지모듈을 내장한 중대형 전지팩 케이스가 장착될 수 있다. 이 경우 단위 셀
들간의 온도편차를 최소할 수 있는 본 발명의 중대형 전지팩 케이스가 용이하게 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩 케이스에 장착되는 전지모듈은 다수의 단위 셀들을 높은 밀집도로 적층[0023]
하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 단위 셀들을 일정한 간격으로 이격
시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하
거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 소정의 장착부재에 내장하고 이
러한 장착부재들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다. 후자의 경우를 본 발명에서는 '단위모듈'로
칭한다.
다수의 단위모듈들을 적층하여 전지모듈을 구성하는 경우에는, 적층된 전지셀들 사이에 축적되는 열을[0024]
효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매의 유로가 전지셀들 사이 또는 단위모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진
다.
상기 냉매 유입부 및 냉매 배출부는 전지셀들의 충방전에 따른 열의 발생을 효과적으로 냉각시키기 위[0025]
한 냉매가 유입 및 배출될 수 있는 유동 공간으로서, 상호 반대방향으로 팩 케이스의 상부와 하부에 각각 형성
되어 있다. 경우에 따라서는. 냉매 유입부와 냉매 배출부가 팩 케이스의 하부와 상부에 각각 형성될 수도
있다.
하나의 바람직한 예로서, 상기 경사면의 기울기 각도(A)는 3 내지 5도로 이루어질 수 있다. 본 출원의[0026]
발명자들이 수행한 실험에 의하면, 놀랍게도 경사면의 기울기 각도(A)가 상기와 같은 범위를 가지는 경우, 단위
셀들 간의 온도 편차가 더욱 감소함을 확인할 수 있었다.
또 다른 바람직한 예로서, 상기 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는 20 내지 50도로 형성될 수 있다. 일[0027]
반적으로, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는 작을수록 냉매 유입구로 유입된 냉매가 냉매 유입구의 대향 단부에
위치한 유로까지 보다 많이 이동할 수 있다. 그러나, 본 출원의 발명자들이 수행한 실험에 따르면, 경사면의
기울기 각도(A)가 3 내지 8도인 경우, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)를 20 내지 50도로 형성한 구조에서, 냉매
의 온도 편차가 감소됨을 확인하였다.
또한, 냉매 유입부의 상단 내면을 앞서 언급한 바와 같은 특정 경사 구조로 형성한 경우 이외에, 냉매[0028]
유입구의 폭 또한 단위 셀들간 온도 편차에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
등록특허 10-1106105
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즉, 상기 냉매 유입구의 폭을 단위 셀 적층체의 길이에 대응하는 팩 케이스의 길이를 기준으로 5 내지[0029]
25%의 크기로 형성하는 경우, 디바이스의 장착 조건에 따라 발생하는 냉매의 온도 편차를 보다 효율적으로 감소
시킬 수 있으며, 10 내지 20%의 크기로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 냉매 유입구는 폭이 균일한 구조가 일반적일 수 있지만, 폭이 변하는 구조일 수도 있다. 예를[0030]
들어, 냉매가 팩 케이스 내부로 유입되는 방향으로 기준으로, 냉매 유입구의 시(始)단부로부터 종(終)단부 쪽으
로 폭이 증가하는 구조, 냉매 유입구의 시(始)단부로부터 종(終)단부 쪽으로 폭이 감소하는 구조 등이 모두 가
능하다. 이 때, 상기에서 정의한 냉매 유입구의 폭은 평균적인 폭을 의미한다.
또한, 냉매 유입구의 전반적인 형상 역시 다양할 수 있는 바, 냉매 유입구가 직선 형상인 구조 뿐만 아[0031]
니라, 굴곡진 형상의 구조도 가능하다. 이때, 상기에서 정의한 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는, 냉매가 팩 케
이스 내부로 유입되는 방향으로 기준으로, 냉매 유입구의 종(終)단부의 기울기 각도를 의미한다.
상기 냉매 유입구의 대향 단부는 단위 셀 적층체의 높이를 기준으로 10% 이하의 높이로 단위 셀 적층체[0032]
의 상단면으로부터 이격되어 있는 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 냉매 유입구의 대향 단부에 도달하는
냉매의 양을 적절히 제한하므로, 단위 셀들에 대한 냉매의 균일한 분배 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 냉매 유입구의 대향 단부는 바람직하게는 단위 셀 적층체의 상단면으로부터 1 내지 10[0033]
mm 정도 이격된 구조일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩 케이스는 냉각 효율성이 특히 문제가 되는 구조, 즉, 단위 셀의 적층방향[0034]
에 대응하는 전지팩 케이스의 길이가 단위 셀의 폭 방향에 대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있는
구조에서 더욱 바람직하다.
상기 냉매 배출부는 단위 셀 적층체의 하단부에 대해 균일한 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 단[0035]
위 셀 적층체의 하단부에 대면하는 냉매 배출부의 하단 내면은 단위 셀 적층체의 하단과 균일한 높이를 가지는
구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 냉매 배출의 효율성을 높이기 위해 일부 변형된 구조도 가능함은 물론이다.
경우에 따라서는, 상기 냉매 유입구 또는 냉매 배출구에는 냉매 유입구로부터 유입된 냉매가 전지모듈[0036]
을 관통한 후 신속하고 원활하게 냉매 배출구로 이동하여 전지팩 외부로 배출될 수 있도록, 바람직하게는, 송풍
팬이 추가로 장착될 수 있다. 이러한 구조에서, 송풍 팬에 의해 발생한 냉매의 유동 구동력에 의해, 좁은 유입
구를 통해 유입된 냉매는 빠른 유속으로 유입구에서 멀리 떨어진 단위 셀까지 충분히 도달하여, 냉매의 유량이
동일한 조건에서 상대적으로 균일한 유량 분배 효과를 발휘한다.
본 발명은 또한, 상기 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈이 장착되어 있는 구조의 중대형 전지팩을 제공[0037]
한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "전지모듈"은 둘 또는 그 이상의 충방전 전지셀들 또는 단위모듈들을 기계[0038]
적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포
괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두
포함한다. 예를 들어, 소형 전지모듈을 다수 개 연결한 대형 전지모듈의 구성도 가능하고, 전지셀들을 소수 연
결한 단위모듈을 다수 개 연결한 구성도 가능하다.
한편, 상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서[0039]
설명한다.
단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 직렬로 상호 연결되어[0040]
있는 구조로서, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2 또는 그 이상의 전지셀들, 및
상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로
구성될 수 있다.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두[0041]
께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 전지셀이다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라
미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이
차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있
는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.
이러한 전지셀들은 2 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조[0042]
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로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충
방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라
서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.
단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 바람[0043]
직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서
전극단자들을 결합시킨 뒤, 2 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해
감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하[0044]
게는 용접으로 달성될 수 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들은, 바람직하게[0045]
는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수
있다.
단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본[0046]
출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호와 제2006-45444호에 개시되어 있으며, 상기 내용은 참조로서 본 발명의
내용에 합체된다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 고출력 대용량의 달성을 위해 다수의 단위 셀들을 포함함으로써, 충방[0047]
전시 발생하는 고열이 안전성 측면에서 심각하게 대두되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이
브리드 전기자동차 등의 전원에 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해[0048]
를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 종래의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 사시도가 모식적으로 도[0049]
시되어 있고, 도 2에는 도 1의 중대형 전지팩의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 중대형 전지팩(100)은 단위모듈(30) 6 개가 적층되어 전기적으로 연결되어 있는[0050]
전지모듈(32)과, 이러한 전지모듈(32)이 장착되는 팩 케이스(70), 냉매 유입구(10)로부터 전지모듈(32)에 이르
는 유동 공간인 냉매 유입부(40)와 전지모듈(32)로부터 냉매 배출구(20)에 이르는 유동 공간인 냉매 배출부(5
0)로 구성되어 있다. 또한 1개의 단위모듈(30)은 4개의 전지셀들로 구성되어 있다.
냉매 유입구(10)로부터 유입된 냉매는 냉매 유입부(40) 및 단위모듈들(30) 사이에 형성된 유로(60)를[0051]
통과하면서 단위모듈들(30)을 냉각시키고 냉매 배출부(50)를 지나 냉매 배출구(20)를 통하여 외부로 배출된다.
냉매 유입부(40)는 단위모듈들(30)의 적층 방향에 평행하게 형성되어 있으며, 상기와 같은 구조의[0052]
경우, 유량이 냉매 배출구(20) 근처의 단위모듈들 사이의 유로에 많이 유입되는 경향이 나타나고, 냉매 유입구
(10) 근처의 단위모듈들(30) 사이의 유로에는 유량이 많이 감소하여 단위모듈들(30) 간의 냉각이 불균일하고 냉
매 배출구(20) 근처의 단위모듈들과 냉매 유입구(10) 근처의 단위모듈들은 높은 온도 편차를 가지게 된다. 이
러한 현상은 유량이 냉매 배출구(20)가 있는 쪽으로 몰리면서 냉매 유입구(10) 측의 온도가 상승하기 때문이다.
도 3에는 또 다른 종래기술에 따른 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 수직[0053]
단면 모식도가 도시되어 있다.
도 3의 중대형 전지팩(200)은 냉매 배출부(250), 유로(260) 등이 도 1의 중대형 전지팩(100)과 실질적[0054]
으로 동일하고, 팩 케이스(270)의 냉매 유입구(210)와 냉매 유입부(240)가 일정한 각도로 기울어져 있으며, 전
지모듈(232)은 단위모듈 대신 전지셀들(230)을 적층하고 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 냉매 유입부(240)의
상단 내면(242)이 냉매 유입구(210)의 대향 단부 방향으로 일정한 각도로 기울어진 경사면을 이루고 있다.
이러한 구조는 도 1의 중대형 전지팩(100)과 비교하여, 냉매 유입구(210)에 인접한 전지셀들의 냉각 효[0055]
율이 상대적으로 높은 것으로 알려져 있다. 그러나, 도 4와 같이 디바이스의 장착 조건에 따라, 냉매 유입구
(310)의 대향 단부에서 시작하여 냉매 유입구(310) 방향으로 2개의 기울기 각도들(A, B)을 가지고, 냉매 유입구
(310)의 경사면 각도(B)가 냉매 유입구(310)의 대향 단부의 경사면 각도(A)보다 크게 형성된 경우에서, 경사면
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각도(B)가 특정한 조건을 만족하지 못하면, 소망하는 냉각 효율을 얻지 못하는 문제점이 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 수직[0056]
단면 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 팩 케이스(370)는 전지셀들(330)의 적층 방향(L)에 대응하는 길이가 전지셀들(330)의[0057]
폭 방향(W)에 대응하는 길이보다 상대적으로 길게 형성되어 있다. 또한, 전지셀들(330)의 적층방향(L)에 수직
한 방향으로, 냉매가 전지모듈(332)의 일측으로부터 대향측으로 유동할 수 있도록 냉매 유입구(310)와 냉매 배
출구(320)가 상호 반대방향으로 팩 케이스(370)의 상부 및 하부에 각각 형성되어 있다.
전지셀들(330) 사이에는 냉매가 이동할 수 있는 작은 유로(360)가 형성되어 있어서, 냉매 유입구(310)[0058]
로부터 유입된 냉매가 유로(360)를 통해 이동하면서 전지셀(330)에서 발생한 열을 제거한 후, 냉매 배출구(32
0)를 통해 배출되게 된다.
도 4의 팩 케이스(370)와 도 2 및 도 3에 개시되어 있는 팩 케이스(70, 270)의 차이점은, 도 4의 팩 케[0059]
이스(370)에서 냉매 유입구(310)의 기울기 각도(B)가 냉매 유입구(310)의 대향 단부에서 시작하는 경사면의 기
울기 각도(A) 보다 크다는 점이다. 또한, 냉매 유입구(310)의 폭(d)은 전지셀 적층체(332), 즉 전지모듈의 길
이에 대응하는 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 대략 15%의 크기로 이루어져 있다.
냉매가 냉매 유입구(310)로부터 도입되어 냉매 유입구(310)의 기울기 각도(B)와 경사면의 기울기 각도[0060]
(A)를 가진 냉매 유입부(340) 내부를 따라 이동할 때, 냉매의 유동 단면적은 냉매 유입구(310)의 단부(344)에서
멀어질수록 경사면의 각도(A)에 의해 점차 줄어들게 된다. 이 과정에서 냉매의 이동 속도는 점차 빨라지지만
냉매 유량은 감소하게 되어, 냉매가 냉매 유입구(310)로부터 먼 거리에 위치한 전지셀들(330)까지 도달하면서
냉매 유입구(310)와 인접한 전지셀들과 냉매 유입구로부터 먼 거리에 위치한 전지셀들 모두가 균일하게 냉각될
수 있다.
냉매의 균일성을 높여 온도 편차를 최소화할 수 있도록, 경사면의 기울기 각도(A)는 전지셀 적층체[0061]
(332)의 상단면을 기준으로 대략 4도의 기울기를 가지고 있고, 냉매 유입구(310)의 기울기 각도(B)는 대략 20도
의 기울기를 가지면서 각각 냉매 유입부(340)의 상단 내면(342)에 형성되어 있다. 또한, 냉매 유입구의 폭(d)
은 대략 전지팩 케이스(370)의 길이(l)를 기준으로 10%의 크기로 형성되어 있다.
또한, 전지팩 케이스(370)는, 냉매 유입구(310)의 대향 단부의 기울기(A)가 냉매 유입구(310)의 기울기[0062]
(B)보다 작은 2개의 경사진 구조로 이루어져 있으므로, 냉매 유량이 냉매 배출구(220)가 있는 쪽으로 몰리는 현
상을 방지할 수 있어서, 냉매 유입구(210)에 인접한 전지셀들의 온도가 상승하는 것을 효과적으로 방지할 수 있
다.
도 5에는 도 4의 중대형 전지팩에서 냉매 유입구의 대향 단부가 전지셀 적층체의 상단면으로부터 이격[0063]
된 구조를 나타내는 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 냉매 유입구(410)의 대향 단부는 전지셀 적층체(432)의 상단면으로부터 대략 1 mm의[0064]
높이(h)로 이격되어 있어서, 냉매 유입구의 기울기 각도(B) 및 경사면의 기울기 각도(A)를 통과한 냉매 중 한정
된 양의 냉매만이 냉매 유입구(410)의 대향 단부에 도달함으로써, 대향 단부에 인접한 전지셀들(430)이 과냉각
되는 것을 방지할 수 있다.
이상의 설명과 관련하여, 도 6에는 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)에 따른 전[0065]
지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 6을 도 4와 함께 참조하면, 도 6은 도 4의 팩 케이스(370) 구조에서, 팩 케이스(370) 내에 적층되어[0066]
있는 전지셀들의 온도를 냉매 배출구(370)에 인접한 전지셀부터 냉매 유입구(310)에 위치한 전지셀까지 측정한
결과를 나타내고 있다. 즉, 전지셀 번호 1은 냉매 배출구에 인접한 전지셀을 나타내고, 전지셀 번호 35은 냉매
유입구에 인접한 전지셀을 의미한다. 참고로, 여기에서 전지셀의 상대 온도비율은 각각의 실험 결과와의 관계
에서 비교 가능한 상대적인 값으로 표현되었다.
상기 온도 측정 실험은 전지셀에 소정의 부하를 인가하고 외기 온도가 상온인 조건에서 실시하였다.[0067]
또한, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는 표준 각도로서 임의로 45도를 정하여 실험을 실시하였다. 실험 결과,
경사면의 기울기 각도(A)가 2.6도일 때, 전지셀 번호 27의 상대 온도비율이 96%, 전지셀 번호 35의 상대 온도비
율이 84%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 12% 발생하였고, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때, 전지셀 번호
29의 상대 온도비율이 95%, 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 85%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 10% 발생하
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였으며, 경사면의 기울기 각도(A)가 9.3도일 때, 전지셀 번호 29의 상대 온도비율이 99%, 전지셀 번호 1의 상대
온도비율이 82%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 17% 발생하였다. 즉, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 45도인
경우, 놀랍게도 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때 온도 편차가 10%로서 최소인 것으로 나타났다.
도 7을 도 4와 함께 참조하면, 도 6과 동일한 실험조건에서 경사면의 기울기 각도(A)를 달리하여 전지[0068]
셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 실험 결과, 경사면의 기울기 각도(A)가 3도
일 때, 전지셀 번호 26의 상대 온도비율이 96%, 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 84.5%로서, 전지셀들 간의 온
도 편차가 11.5% 발생하였고, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때, 도 6의 설명에서 언급한 바와 같이, 전지셀
번호 29의 상대 온도비율이 95%, 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 85%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 10% 발
생하였으며, 경사면의 기울기 각도(A)가 5도일 때, 전지셀 번호 26의 상대 온도비율이 96%, 전지셀 번호 1의 상
대 온도비율이 84.5%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 11.5% 발생하였다.
즉, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 45도인 경우, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때 온도 편차가[0069]
10%로서 최소인 것으로 나타났고, 경사면의 기울기 각도(A)가 3도 및 5도일 때 온도 편차가 각각 11.5%로서, 도
6의 경사면의 기울기 각도(A)가 2.6도 및 9.3도인 경우와 비교하여, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도에 근접할수
록, 온도 편차가 점차 작아짐을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 경사면의 기울기 각도(A)는 3도 내지 5도인 경
우가 바람직함을 알 수 있다.
도 8을 도 4와 함께 참조하면, 도 6과 동일한 실험조건에서, 상기 도 6에서 최소의 온도편차를 보인 경[0070]
사면의 기울기 각도(A)로서 4도를 임의로 정하여, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)의 변화에 대한 전지셀의 온도
변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
실험 결과, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20도인 경우, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀[0071]
번호 1의 상대 온도비율이 83%, 전지셀 번호 29의 상대 온도비율이 91%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 8% 발
생하였고, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 30도인 경우, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의
상대 온도비율이 83%, 전지셀 번호 31의 상대 온도비율이 92%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 9% 발생하였다.
또한, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 50도인 경우, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대
온도비율이 83%, 전지셀 번호 30의 상대 온도비율이 92%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 10% 발생하였고, 냉매
유입구의 기울기 각도(B)가 60도인 경우는, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대 온도비율
이 83%, 전지셀 번호 30의 상대 온도비율이 94.5%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 11.5% 발생하였다. 즉, 경
사면의 기울기 각도(A)가 4도인 경우, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 60도 일 때와 비교하여, 냉매 유입구의
기울기 각도(B)가 20도일 때 온도 편차가 상대적으로 작은 것을 알 수 있고, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가
작을수록 온도편차가 점차 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 60도에서 온도편
차의 증가율이 소폭 상승하므로, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)는 20도 내지 50도일 때 보다 바람직하다.
도 9를 도 4와 함께 참조하면, 도 6과 동일한 실험조건에서, 경사면의 기울기 각도(A)가 8도일 때, 냉[0072]
매 유입구의 기울기 각도(B)의 변화에 대한 단위모듈의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어
있다.
실험 결과, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 30도인 경우, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀[0073]
번호 1의 상대 온도비율이 81%, 전지셀 번호 31의 상대 온도비율이 95%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 14% 발
생하였고, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 60도인 경우는, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의
상대 온도비율이 81%, 전지셀 번호 29의 상대 온도비율이 97%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 16% 발생하였다.
즉, 경사면의 기울기 각도(A)가 8도인 경우, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 60도 일 때와 비교하여, 냉매 유
입구의 기울기 각도(B)가 30도일 때 온도 편차가 상대적으로 작다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 10을 도 4와 함께 참조하면, 도 6과 동일한 실험조건에서, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일[0074]
때, 냉매 유입구의 폭(d)의 변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
실험 결과, 냉매 유입구의 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 10%인 경우, 냉매 유입구의 대향[0075]
단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 86%, 전지셀 번호 30의 상대 온도비율이 93%로서, 전지셀들 간
의 온도 편차가 7% 발생하였고, 냉매 유입구의 기울기 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 20%인 경우는,
냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 86%, 전지셀 번호 21의 상대 온도비율이
94%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 8% 발생하였다. 즉, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도인 경우, 냉매 유입구
의 기울기 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 20%의 크기일 때와 비교하여, 냉매 유입구의 기울기 폭(d)
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이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 10%의 크기일 때 온도 편차가 상대적으로 작다는 것을 알 수 있다.
도 11을 도 4와 함께 참조하면, 도 6과 동일한 실험조건에서, 경사면의 기울기 각도(A)가 8도일 때, 냉[0076]
매 유입구의 폭(d)의 변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
실험 결과, 냉매 유입구의 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 10%의 크기인 경우, 냉매 유입구의[0077]
대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 87%, 전지셀 번호 32의 상대 온도비율이 98%로서, 전지셀
들 간의 온도 편차가 11% 발생하였고, 냉매 유입구의 기울기 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 20%의 크
기인 경우는, 냉매 유입구의 대향 단부에 인접한 전지셀 번호 1의 상대 온도비율이 87%, 전지셀 번호 25의 상대
온도비율이 97%로서, 전지셀들 간의 온도 편차가 10% 발생하였다. 즉, 경사면의 기울기 각도(A)가 8도일 때에
는 냉매 유입구의 기울기 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 20%의 크기일 때와 비교하여, 냉매 유입구의
기울기 폭(d)이 팩 케이스의 길이(l)를 기준으로 10%의 크기일 때 온도 편차가 상대적으로 크다는 것을 알 수
있다.
이는 결과적으로, 경사면의 기울기 각도(A)가 작은 경우, 냉매 유입구의 폭(d)은 작을수록 온도 편차가[0078]
줄어들고, 경사면의 기울기 각도(A)가 큰 경우, 냉매 유입구의 폭(d)은 클수록 온도 편차가 감소함을 알 수 있
다.
도 12에는 도 6 내지 도 9의 측정 결과를 나타낸 표가 도시되어 있고, 도 13에는 도 10 및 도 11의 측[0079]
정 결과를 나타낸 표가 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 60도인 경우, 경사면의 기울기 각도(A)가[0080]
4도일 때 전지셀들 간의 온도편차가 가장 작음을 알 수 있다. 또한, 경사면의 기울기 각도(A)가 4도인 경우,
냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 작을수록 전지셀들 간의 온도편차를 최소화함을 알 수 있다.
따라서, 중대형 전지팩 케이스가 장착되는 디바이스의 내면 구조의 특정 조건에 의해 냉매 유입구의 기[0081]
울기 각도(B)가 20 내지 60도로 이루어지는 경우, 경사면의 기울기 각도(A)는 3도 내지 5도 사이의 범위 내에서
선택되는 것이 냉각의 균일성 측면에서 바람직함을 알 수 있다.
도 13을 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이 경사면의 기울기 각도(A)가 작을수록 냉매 유입구의 폭(d)이[0082]
작고, 경사면의 기울기 각도(A)가 클수록 냉매 유입구의 폭(d)이 큰 구조로 이루어지는 것이 전지셀들 간의 온
도 편차를 최소화함을 알 수 있다.
산업이용 가능성
이상에서 설명한 바와 같이, 중대형 전지팩 케이스에서 냉매 유입구의 기울기 각도(B)가 20 내지 80도[0083]
일 때, 경사면의 기울기 각도(A)를 3 내지 8도로 형성하는 경우, 단위 셀들 간의 온도 편차를 최소화할 수
있고, 단위 셀들 사이에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있으며, 궁극적으로 전지의 성능 및 수명을 크게
향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다[0084]
양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래의 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 사시도이다;[0085]
도 2는 도 1의 중대형 전지팩의 수직 단면 모식도이다;[0086]
도 3은 또 다른 종래기술에 따른 중대형 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 수직 단[0087]
면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 케이스에 전지모듈을 장착한 중대형 전지팩의 수직 단[0088]
면 모식도이다;
도 5는 도 4의 중대형 전지팩에서 냉매 유입구의 대향 단부가 전지셀 적층체의 상단면으로부터 이격된[0089]
구조를 나타내는 수직 단면 모식도이다;
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도 6은 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)에 따른 전지셀의 온도 변화를 측정한[0090]
결과를 나타낸 그래프이다;
도 7은 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 또 다른 경사면의 기울기 각도(A)에 따른 전지셀의 온도 변화를[0091]
측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 8은 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때, 냉매 유입구의 기울기 각[0092]
도(B)의 변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 9는 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)가 8도일 때, 냉매 유입구의 기울기 각[0093]
도(B)의 변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 10은 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)가 4도일 때, 냉매 유입구의 폭(d)의[0094]
변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 11은 도 4의 중대형 전지팩 구조에서 경사면의 기울기 각도(A)가 8도일 때, 냉매 유입구의 폭(d)의[0095]
변화에 대한 전지셀의 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 12는 도 6 내지 도 9의 측정 결과를 나타낸 표이다;[0096]
도 13은 도 10 및 도 11의 측정 결과를 나타낸 표이다.[0097]
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도면
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