JP2020513655A - ルーバーフィン形状の熱伝導媒介体を備えたバッテリーパック - Google Patents

ルーバーフィン形状の熱伝導媒介体を備えたバッテリーパック Download PDF

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Abstract

本発明の一面によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールと、前記複数のバッテリーモジュールが載置される空間を提供するトレイと、前記トレイの上面を横切るように設置され、前記複数のバッテリーモジュールが個別的に載置される空間を区画する複数のビームフレームと、冷媒が流動可能な中空構造として形成され、各々の前記バッテリーモジュールの側面部に対向して配置されるよう、各々前記複数のビームフレームの一部と選択的に結合する複数のヒートシンクを含み、前記ヒートシンクと前記バッテリーモジュールとの熱的界面には、ルーバー（ｌｏｕｖｅｒ）構造を有する熱伝導媒介体が介されることを特徴とする。

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの冷却技術及びその搭載構造に関する。
本出願は、２０１７年４月６日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００４４９６１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは違い、充・放電が可能な電池をいい、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックＰＣなどの小型先端電子機器分野のみならず、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の動力源として用いられている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．６Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーモパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
例えば、複数個のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、複数個のバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、該複数個のバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成することが通常である。即ち、バッテリーモジュールは、複数の二次電池が直列または並列に接続した構成要素を意味し、バッテリーパックは、容量及び出力などを高めるために複数のバッテリーモジュールが直列または並列に接続した構成要素を意味すると言える。
一方、このようなマルチバッテリーモジュールから構成されたバッテリーパックは、各バッテリーモジュールで発生する熱を容易に放出することが重要である。充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去されなければ、熱蓄積が起こり、結果的にバッテリーモジュールの劣化が促進し、場合によっては、発火または爆発に繋がり得る。そのため、高出力・大容量のバッテリーパックには、それに内蔵されているバッテリーモジュールを冷却する冷却装置が必ず必要となる。
通常、バッテリーパックの冷却方式としては、代表的に空冷式と水冷式の二つが挙げられるが、騷音が少なくて冷却性能がより優れた水冷式が広く用いられている。
図１及び図２は、従来の水冷式のバッテリーパックの冷却構成を説明するための概略図である。
一例で、図１または図２のように、従来の水冷式のバッテリーパックは、内部に冷却水が流動可能な流路が形成された中空構造のヒートシンク２を含んで構成され得る。前記ヒートシンク２は、バッテリーモジュール１と接触して温度差によってバッテリーモジュール１の熱を吸収する構成要素である。したがって、ヒートシンク２とバッテリーモジュール１との接触状態が冷却性能に重要な影響を及ぼす。
図１のように、バッテリーモジュール１の下部にヒートシンク２が配置される場合、ヒートシンク２がバッテリーモジュール１の重さに押され、バッテリーモジュール１とヒートシンク２との接触がある程度維持できる。しかし、実質的にバッテリーモジュール１とヒートシンク２の外観が滑らかでないため、その表面粗度が良くない。したがって、このような問題点を補完するために、バッテリーモジュール１とヒートシンク２との間に熱伝導材料３（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）をさらに介在して、熱伝導率を改善することがある。
バッテリーセルの積層形態によって、またはパックケースの設計上の理由で、図２のように、バッテリーモジュール１’の側面部にヒートシンク２’が当接するように配置され得る。しかし、この場合、図１の構成とは違って、ヒートシンク２’がバッテリーモジュールの重さによって押される形態ではないため、通常の熱伝導材料３を用いては、ヒートシンク２’とバッテリーモジュール１’とを密に接触させにくい。例えば、ヒートシンク２’をバッテリーモジュール１’の側面部にマウントするとしても、マウント部位の以外には、接触状態が弱く、外部から衝撃が加えられれば、これらの間隔がさらに開けられる恐れが大きい。
一方、電気自動車の場合、運行中に予期せぬ衝撃と振動がバッテリーパックに加えられ得る。この場合、バッテリーモジュール間の電気的接続が切れるか、バッテリーモジュールを支持するパックケースに変形が起こり得る。したがって、特に、電気自動車用のバッテリーパックは、外部衝撃と振動に対する十分な耐久性が求められる。その解決方案として、クラッシュビーム（Ｃｒａｓｈ ｂｅａｍ）がバッテリーパックの機械的剛性を高めるのに使われ得る。ここで、クラッシュビームとは、バッテリーパックケースを構成するトレイに設置され、トレイの剛性を高めるビーム形態の構造物を意味する。このようなクラッシュビームが設置されたトレイは耐衝撃性が高くなり、外部衝撃または振動からも変形が起こりにくい。
ところが、クラッシュビームを設置すれば、バッテリーパックの機械的剛性はより向上するが、バッテリーモジュールを搭載できる空間がそれ分だけ減少する。さらに、ヒートシンクなどの必須の冷却装置構成をさらに追加すれば、これを含むバッテリーパックの容積率またはエネルギー密度が低くなるという問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部衝撃及び振動に対する十分な耐久性を備え、バッテリーモジュール及び冷却装置を空間効率的に収納することができ、バッテリーモジュールに対するヒートシンクの接触状態を強化させることができる熱伝導媒介体を備えたバッテリーパックを提供することを目的にする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールと、前記複数のバッテリーモジュールが載置される空間を提供するトレイと、前記トレイの上面を横切るように設置され、前記複数のバッテリーモジュールが個別的に載置される空間を区画する複数のビームフレームと、冷媒が流動可能な中空構造として形成され、各々の前記バッテリーモジュールの側面部に対向して配置されるよう、各々前記複数のビームフレームの一部と選択的に結合する複数のヒートシンクと、を含み、前記ヒートシンクと前記バッテリーモジュールとの熱的界面には、ルーバー（ｌｏｕｖｅｒ）構造を有する熱伝導媒介体が介され得る。
前記熱伝導媒介体は、前記ヒートシンクの一面に付着される板面と、前記板面に対して予め決定された鋭角だけ斜めに突出して形成される複数のルーバーフィンを含み得る。
前記複数のルーバーフィンは、外圧を受ければ、弾性または塑性変形を起こす物性を有するように設けられ得る。
前記熱伝導媒介体が、１０ＸＸ系列のアルミニウム合金として設けられ得る。
前記熱伝導媒介体は、前記板面が前記ヒートシンクの一面にレーザー溶接され得る。
前記複数のビームフレームの一部は、中空の角形ビームフレームであり、前記ヒートシンクは、前記角形ビームフレームの内部に位置し得る。
前記複数のビームフレームの一部は、Ｉ型ビームフレームであり、前記ヒートシンクは、前記Ｉ型ビームフレームの高さを形成するカラムを基準で前記カラムの両方に形成される湾入部に装着可能に設けられ得る。
前記ヒートシンクは、前記湾入部に対応する形状として設けられ、熱伝導性接着剤で接着されることで前記Ｉ型ビームフレームと一体化し得る。
前記複数のバッテリーモジュールが２×Ｎ行列に配列されるよう、前記複数のビームフレームの残りの一部は、前記トレイの中央を横切る一つのセンターフレームであり、前記Ｉ型ビームフレームは、各々前記センターフレームと交差し、前記トレイに等間隔に配置され得る。
各々の前記ヒートシンクは、中空構造であって、冷媒が流入及び流出する流入口及び流出口が一端及び他端に設けられ、前記センターフレームを貫通して前記Ｉ型ビームフレームに沿って前記トレイの上面を横切るように設置され得る。
前記トレイの上部を覆うパックカバーと、前記トレイの両側面部を各々覆う二つの側面フレームと、をさらに含み、前記二つの側面フレームは、前記ヒートシンクの流入口及び流出口と連通するように連結されるマニホールド管の形態で設けられ、冷媒の供給及び排出経路を形成し得る。
前記センターフレームは、外側面に複数のホールを備えた角管の形態で設けられ、前記センターフレームの内部には、前記複数のバッテリーモジュールを直列及び並列の少なくともいずれか一つの形態で接続するコネクティングモジュールが設けられ得る。
本発明の他の様態によれば、上述のバッテリーパックを含む自動車を提供し得る。前記自動車は、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）を含み得る。
本発明の一面によれば、弾性または塑性変形が可能なルーバー構造の熱伝導媒介体を用いることで、ヒートシンクに対する個別のバッテリーモジュールの接触力を強化させることができる。これによって冷却効率が向上するとともに、外部衝撃や動きにも個別のバッテリーモジュールを安定的に支持することができる。
本発明の他面によれば、ビームフレームとヒートシンクとを空間効率的に結合してバッテリーパックの剛性及び容積率を増加させることができ、個別のバッテリーモジュールに対する冷却構成をコンパクトに具現することができる。
従来の水冷式のバッテリーパックの冷却構成を説明するための概略図である。 従来の水冷式のバッテリーパックの冷却構成を説明するための概略図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図である。 図３の分解斜視図である。 図４の複数のバッテリーモジュールが搭載されたトレイの斜視図である。 図５において、単位バッテリーモジュールの一部を除去したトレイの主要部分の斜視図である。 図５の線Ｉ−Ｉ’に沿って見た断面図である。 図７におけるＡ領域の拡大図である。 本発明の一実施例による熱伝導媒介体の斜視図である。 図９におけるＢ領域の拡大図である。 図１０のルーバーフィンが塑性変形された状態を示した図である。 本発明の他の実施例によるビームフレームと熱伝導媒介体の構成を示した図である。 本発明の他の実施例によるビームフレームと熱伝導媒介体の構成を示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
即ち、本明細書に記載の実施例及び図面に示された構成は、本発明の最も望ましい実施例にすぎず、本発明の技術的思想を全て代弁することではないので、本発明の出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解しなければならない。
図３は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図であり、図４は、図３の分解斜視図であり、図５は、図４における複数のバッテリーモジュールが搭載されたトレイの斜視図であり、そして、図６は、図５において、単位バッテリーモジュールの一部を除去したトレイの主要部分の斜視図である。
まず、図３及び図４を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール１００、バッテリーモジュール１００を収容するパックケースを含む。前記パックケースは、複数のバッテリーモジュール１００が載置される空間を提供するトレイ２００と、前記トレイ２００と共に複数のバッテリーモジュール１００をパッケージングして収納するパックカバー３００と、二つの側面フレーム４００から構成され得る。
前記バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル（図示せず）が積層されており、その他の各種部品を含み得る。例えば、バッテリーセルは、パウチ型二次電池からなり得、複数個が備えられて相互電気的に接続し得る。
各々のバッテリーセルは、図示していないが、電極組立体、電極組立体を収容する電池ケース及び前記電池ケースの外へ突出し、電極組立体と電気的に接続する電極リードなどの多様な部品を含み得る。電極リードは、正極リード及び負極リードを含み得、正極リードは、電極組立体の正極板に接続し、負極リードは、電極組立体の負極板に接続し得る。
バッテリーモジュール１００は、パウチ型二次電池の積層及び保護のための積層用フレームと、モジュールエンドプレートと、をさらに含み得る。
積層用フレームは、二次電池を積層するための手段であって、二次電池を把持することで動きを防止し、相互積層可能に構成され、二次電池の組立てをガイドする役割を果たす。参照までに、積層用フレームは、セルカバーまたはカートリッジなどの他の多様な用語として代替され得る。
モジュールエンドプレートは、バッテリーセル積層体を保護して固定するための構成要素であって、バッテリーセル積層体の外郭を囲む角形構造物またはバッテリーセル積層体の少なくとも一面に付き合わせられる板状構造物を意味し得る。モジュールエンドプレートは、機械的剛性が高くて熱伝導性に優れた金属材質から製作することが望ましい。
図面の便宜上、図示していないが、バッテリーモジュール１００は、バッテリーセルの間に介される冷却フィンをさらに含み得る。冷却フィンは、アルミニウムのような熱伝導性を有する薄型部材であって、端部が外部へ延びて、例えば、ヒートシンク６００のような他の熱吸収媒体に連結され、バッテリーセルの熱を外部へ伝達する役割を果たす。
このように、バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセルから構成された集合体または複数のバッテリーセルとこれらを積層及び保護するためのその他の部品から構成された集合体を意味し得る。そして、本発明のバッテリーパック１０は、このような単位バッテリーモジュール１００を含んで構成された集合体であるといえる。
図４及び図５を参照すれば、本実施例によるバッテリーパック１０は、総１０個の単位バッテリーモジュール１００を用いて構成され、各単位バッテリーモジュール１００は、２×５行列の形態でトレイ２００の上面に搭載され、パックカバー３００及び二つの側面フレーム４００によってパッケージングされ得る。
前記トレイ２００とパックカバー３００は、広い面積を有する略プレート形態で構成され得、各々バッテリーモジュール１００の下部と上部に位置され、バッテリーモジュール１００の下部と上部を覆い得る。そして、二つの側面フレーム４００は、トレイ２００の両側面部に位置され、バッテリーモジュール１００の両側面部を覆い得る。
特に、本実施例による二つの側面フレーム４００は、マニホールド管の形態で設けられ得る。図４を参照してより詳しく説明すれば、二つの側面フレーム４００は、内部に配管の役割を果たす通路が形成され、外部にインレット４１０またはアウトレット４２０と、後述のヒートシンク６００の流入口６１０及び流出口（図４において、流入口の反対側に位置する。）に各々接続できる複数の接続口４３０を備えた構造を有する。このような二つの側面フレーム４００は、ヒートシンク６００に流量を分配するか、ヒートシンク６００から流量を集める役割を果たす。即ち、前記二つの側面フレーム４００は、パックケースの構成であるとともに、バッテリーパック１０の内・外部への冷媒の供給及び排出経路を形成する構成要素であるといえる。
前述のようなトレイ２００、パックカバー３００、そして二つの側面フレーム４００から構成されたパックケースは、バッテリーモジュール１００に対する機械的支持力を提供し、バッテリーモジュール１００を外部の衝撃などから保護する役割を果たす。したがって、トレイ２００、パックカバー３００、そして二つの側面フレーム４００は、剛性が確保されるようスチールなどの金属材質から製作することが望ましい。
図５〜図７を参照すれば、本発明によるバッテリーパック１０は、トレイ２００の上面を横切るように設置され、複数のバッテリーモジュール１００が個別的に載置される空間を区画する複数のビームフレーム５１０、５２０と、冷却水が流動できる中空構造から形成され、各々のバッテリーモジュール１００の側面部に対向して配置されるよう、各々前記複数のビームフレームの一部と選択的に結合する複数のヒートシンク６００を含む。そして、前記ヒートシンク６００とバッテリーモジュール１００との熱的界面には、ルーバー（ｌｏｕｖｅｒ）構造を有する熱伝導媒介体７００が介在され得る。
本実施例の場合、前記複数のビームフレームの一部は、Ｉ型ビームフレーム５１０として設けられ、残りの一部は、角管形態のビームフレームとして設けられる。以下、角管形態のビームフレームをセンターフレーム５２０として指称する。
より具体的に説明すれば、図５のように、６個のＩ型ビームフレーム５１０が、トレイ２００の縦方向（Ｘ軸方向）に沿って各々等間隔に配置され得、一つのセンターフレーム５２０が前記６個のＩ型ビームフレーム５１０に対して交差し、トレイ２００の中央を横切るように配置され得る。ここで、隣接する二つのＩ型ビームフレーム５１０の間隔は、単位バッテリーモジュール１００の幅に対応し、Ｉ型ビームフレーム５１０の高さは、バッテリーモジュール１００の高さと同一であるか、または高く形成され得る。このような構成として、総１０個の単位バッテリーモジュール１００をトレイの上面に２×５行例の形態で搭載可能に区画した収納空間Ｓを形成することができる。
各々の単位バッテリーモジュール１００は、モジュール電極端子１１０がセンターフレーム５２０に向けるようにし、前記個別収納空間Ｓに装着され得る。装着された単位バッテリーモジュール１００は、その両側面部が二つのＩ型ビームフレーム５１０に形合わせとなっているヒートシンクに対向するように当接し得る。
便宜上、詳しくは図示していないが、センターフレーム５２０の外側面には、長手方向（Ｘ軸方向）に沿って複数のホール５２１が備えられ得る。そして、センターフレーム５２０の内部には、コネクティングモジュール（図示せず）が用意され得る。各列の一対の単位バッテリーモジュール１００は、モジュール電極端子１１０が相互対向してセンターフレーム５２０のホール５２１の中に挿入され、コネクティングモジュールに接続できる。
前記コネクティングモジュールは、直列及び／または並列接続網を形成し、電気伝導性素材から製作されたバスバーから構成され得る。このようなコネクティングモジュールは、複数のバッテリーモジュール１００を直列及び並列の少なくともいずれか一つの形態で接続できる。また、コネクティングモジュールは、トレイ２００の前面部の外側に位置したバッテリーパック１０のターミナル端子１１に接続し得、ターミナル端子１１は、バッテリーパック１０の外部で他の装置と電気的に接続し得る。
このようなバッテリーモジュール１００の２×Ｎ行列の配列方式と、Ｉ型ビームフレーム５１０とセンターフレーム５２０の構成によれば、バッテリーモジュール１００の位置固定及び搭載を容易にすることができると共に、トレイ２００の機械的剛性を増大させることができる。また、トレイ２００の上に高電圧ケーブルなどをほとんど露出することなく配線構造を簡単に処理することができる。これによって、バッテリーパック１０の安全性及び空間活用性を向上させることができる。
本発明によるＩ型ビームフレーム５１０は、図８を参照すれば、トレイ２００の上面に対して平行した上端部５１１及び下端部５１３、そして上端部５１１と下端部５１３との中心を垂直に連結し、Ｉ型ビームフレーム５１０の高さを形成するカラム５１２から構成される。
Ｉ型ビームフレーム５１０は、上端部５１１と下端部５１３との間の空間がカラム５１２によって両分した形態である。以下、本明細書においては、前記両分した空間、即ち、カラム５１２の両方に形成される空間を湾入部として定義する。ヒートシンク６００は、このようなＩ型ビームフレーム５１０の湾入部に装着される。ここで、ヒートシンク６００は、熱接触によって他の物体から熱を吸収して発散する物体を意味し得る。
より詳しく説明すれば、本発明によるヒートシンク６００は、Ｉ型ビームフレーム５１０の湾入部に対応する形状として製作され、冷却水が流入及び流出する流入口６１０及び流出口が各々一端及び他端に位置し、内部に流路を含む中空構造からなる。各々のヒートシンク６００は、各々のＩ型ビームフレーム５１０に沿ってトレイ２００の一側辺から他側辺までセンターフレーム５２０を貫通して延び得る。
ヒートシンク６００の内部流路に流れる冷媒は、流路を容易に流れ、かつ冷却性に優れた流体であれば、特に制限されないが、例えば、潜熱が高くて冷却効率を極大化させることができる水であり得る。
前記ヒートシンク６００は、Ｉ型ビームフレーム５１０と一体化できる。例えば、Ｉ型ビームフレーム５１０の内側面に熱伝導性接着剤を塗布した後、ヒートシンク６００をＩ型ビームフレーム５１０の湾入部に入れて付着する方式によってヒートシンク６００とＩ型ビームフレーム５１０とを簡単に一体化させることができる。この場合、ヒートシンク６００を別途の位置に設ける場合に比べ、トレイ２００の空間活用性が増大できる。
即ち、本発明のバッテリーパック１０は、一つのＩ型ビームフレーム５１０と二つのヒートシンク６００とを形合わせにして、Ｉ型ビームフレーム５１０の間の空間を、完全に単位バッテリーモジュール１００を個別的に搭載することができる空間として活用することができ、各バッテリーモジュール１００で発生する熱をバッテリーモジュール１００の両側面部へ放熱できる。また、ヒートシンク６００によるＩ型ビームフレーム５１０の冷却もできるので、Ｉ型ビームフレーム５１０の温度上昇による変形を防止することもでき、全体的なバッテリーパック構造物の発熱をより効果的に制御することができる。
また、本発明によるバッテリーパック１０は、主に、図６及び図８〜図１１を共に参照すれば、ヒートシンク６００とバッテリーモジュール１００の熱的界面にルーバー構造の熱伝導媒介体７００がさらに介在され得る。
前記熱伝導媒介体７００は、ヒートシンク６００の一面に付着される板面７１０と前記板面７１０に対して予め決定された鋭角だけ斜めに下向突出して形成される複数のルーバーフィン７２０を含む。前記板面７１０とルーバーフィン７２０は、概念的に区分される要素であって、板面７１０とルーバーフィン７２０とは、一体で成形することも可能である。
前記熱伝導媒介体７００は、熱伝導性に優れて軽量であるアルミニウム、またはアルミニウム合金として設けられ得る。望ましくは、アルミニウム合金系列のうち１０ＸＸ系列を用いることが望ましい。１０ＸＸ系列のアルミニウム合金は、成分の９９％がアルミニウム（Ａｌ）から構成された産業用純粋アルミニウムを意味する。アルミニウムの純度が高いだけ、加工性及び熱伝導性が特に優れているが、強度が低いことから弾性または塑性変形が可能である。
熱伝導媒介体の板面７１０は、薄型の広い面積を有する略プレート形態として製作され、ヒートシンク６００の一面に付着される。熱伝導媒介体７００の付着方式は、圧着、接着、溶接などがあるが、レーザー溶接方式が望ましい。溶接方式によるとき、熱伝導媒介体の板面７１０とヒートシンク６００との接触力及び表面粗度が最も優秀で、熱伝導率が向上する。
熱伝導媒介体の板面７１０には、図９及び図１０に示したように、同じパターンのルーバーフィン７２０が、板面７１０の縦横方向に繰り返して形成され得る。前記ルーバーフィン７２０は、板面７１０に対して予め決定された鋭角だけ斜めに下向突出した形態を取り、ルーバーフィン７２０の内側空間には、通気口７２１が形成され得る。通気口７２１は、ルーバーフィン７２０によって囲まれた形態を有し得る。
本実施例による熱伝導媒介体７００は、１０ＸＸ系列のアルミニウム合金から製作されるため、ルーバーフィン７２０が外圧を受ければ、塑性変形が起こることが可能である。図８のように、バッテリーモジュール１００は、収納空間Ｓに上から下へ挿入されるように組み立てられ、この過程で、図１１のように、ルーバーフィン７２０が単位バッテリーモジュールの両側面部によって加圧されて下方へぺちゃんこに押し付けられ得る。このように、バッテリーモジュール１００の組立時、ルーバーフィン７２０がバッテリーモジュール１００の側面部に加圧されて接触することから、これらの接触状態が強く持続されるため、熱伝導性が極大化する。
そして、バッテリーモジュール１００が、前記収納空間Ｓに完全に装着されてからは、ルーバーフィン７２０が垂直方向へ一定に配行するため、バッテリーモジュールを逆方向へ取り出すことが非常に難しくなる。したがって、このようなルーバーフィン７２０によれば、バッテリーモジュール１００の両側面部がより安定的に支持され、外部衝撃や振動時にもバッテリーモジュール１００の動きを効果的に防止することができる。
一方、本発明の権利範囲がアルミニウム合金から製作されたルーバー構造の熱伝導媒介体７００に限定されることではない。例えば、熱伝導媒介体７００は、優れた熱伝導性を有し、ルーバーフィン７２０部分が弾性変形可能な物性を有する素材から形成され得る。例えば、ルーバーフィン７２０は、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）から形成され得る。シリコーンゴムは、熱伝導性及び放熱性に優れており、外圧を受ければ、弾性変形を起こす物性を有する。
弾性変形可能な物性を有するルーバーフィン７２０は、バッテリーモジュール１００の側面部に押されて下方へ曲げられた形態を有し得、このとき、原型へ復そうとする弾性復元力が発生してバッテリーモジュール１００を押し出そうとするため、バッテリーモジュール１００への接触力が非常に強くなることができる。
続いて、図１２及び図１３を参照して、本発明の他の実施例によるビームフレームと熱伝導媒介体７００の構成を説明する。
図１２及び図１３は、本発明の他の実施例によるビームフレームと熱伝導媒介体の構成を示した図である。以下で説明する実施例は、前述の実施例と比較すれば、およそ図８に対応する構成であると言える。同一の部材番号は同一の部材を示し、同一の部材についての重複する説明は省略する。
本実施例は、前述の実施例のＩ型ビームフレーム５１０の代案として中空の角形ビームフレーム５１０’から構成される。そして、角形ビームフレーム５１０’の内部にヒートシンク６００が位置するように構成される。このように、ヒートシンク６００が角形ビームフレーム５１０’の内部に位置すれば、トレイ２００の空間活用性をより高めることができる。
前記の説明では、角形ビームフレーム５１０’とヒートシンク６００とを構成的に区分したが、例えば、中空の角形ビームフレーム５１０’の内部に流路を設けることで、角形ビームフレーム自体をヒートシンクの用途として用いてもよい。
本実施例において、ルーバー構造の熱伝導媒介体７００は、ヒートシンク６００が角形ビームフレーム５１０’の内部に配置されることから、角形ビームフレーム５１０’の一面に付着される。ルーバー構造の熱伝導媒介体７００の構成自体は、前述の実施例と同一である。即ち、本実施例の熱伝導媒介体７００は、薄型の広いプレート形態の板面７１０と該板面７１０に同じパターンで繰り返して形成されるルーバーフィン７２０を備える。前記ルーバーフィン７２０は、バッテリーモジュール１００を装着する過程でバッテリーモジュール１００の側面部によって加圧されて塑性変形または弾性変形を起こす物性を有し得る。
また、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールたちの充放電を制御するための各種装置（図示せず）、例えば、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含み得る。前記バッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できるだけでなく、ＩＴ製品群などにも適用することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は請求範囲内に含まれる。
１００ バッテリーモジュール
２００ トレイ
５１０、５２０ ビームフレーム
６００ ヒートシンク
７００ 熱伝導媒介体 （ルーバー）

Claims (13)

  1. 複数のバッテリーモジュールと、
    前記複数のバッテリーモジュールが載置される空間を提供するトレイと、
    前記トレイの上面を横切るように設置され、前記複数のバッテリーモジュールが個別的に載置される空間を区画する複数のビームフレームと、
    冷媒が流動可能な中空構造として形成され、各々の前記バッテリーモジュールの側面部に対向して配置されるよう、各々前記複数のビームフレームの一部と選択的に結合する複数のヒートシンクと、
    を含み、
    前記ヒートシンクと前記バッテリーモジュールとの熱的界面には、ルーバー構造を有する熱伝導媒介体が介されることを特徴とするバッテリーパック。
  2. 前記熱伝導媒介体が、前記ヒートシンクの一面に付着される板面と、前記板面に対して予め決定された鋭角だけ斜めに突出して形成される複数のルーバーフィンを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記複数のルーバーフィンが、外圧を受ければ、弾性または塑性変形を起こす物性を有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記熱伝導媒介体が、１０ＸＸ系列のアルミニウム合金として設けられることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  5. 前記熱伝導媒介体は、前記板面が前記ヒートシンクの一面にレーザー溶接されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
  6. 前記複数のビームフレームの一部は、中空の角形ビームフレームであり、
    前記ヒートシンクは、前記角形ビームフレームの内部に位置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  7. 前記複数のビームフレームの一部は、Ｉ型ビームフレームであり、
    前記ヒートシンクは、前記Ｉ型ビームフレームの高さを形成するカラムを基準で前記カラムの両方に形成される湾入部に装着可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記ヒートシンクが、前記湾入部に対応する形状として設けられ、熱伝導性接着剤で接着されることで前記Ｉ型ビームフレームと一体化することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 前記複数のバッテリーモジュールが２×Ｎ行列に配列されるよう、前記複数のビームフレームの残りの一部は、前記トレイの中央を横切る一つのセンターフレームであり、前記Ｉ型ビームフレームは、各々前記センターフレームと交差し、前記トレイに等間隔に配置されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 各々のヒートシンクは、中空構造であって、冷媒が流入及び流出する流入口及び流出口が一端及び他端に設けられ、前記センターフレームを貫通して前記Ｉ型ビームフレームに沿って前記トレイの上面を横切るように設置されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記トレイの上部を覆うパックカバーと、前記トレイの両側面部を各々覆う二つの側面フレームと、をさらに含み、
    前記二つの側面フレームは、前記ヒートシンクの流入口及び流出口と連通するように連結されるマニホールド管の形態で設けられ、冷媒の供給及び排出経路を形成することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. センターフレームが、外側面に複数のホールを備えた角管の形態で設けられ、
    前記センターフレームの内部には、前記複数のバッテリーモジュールを直列及び並列の少なくともいずれか一つの形態で接続するコネクティングモジュールが設けられることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  13. 請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む自動車。
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