KR101767633B1

KR101767633B1 - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR101767633B1
Application number: KR1020140135193A
Authority: KR
Inventors: 정승훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2017-08-11
Also published as: KR20160041411A

Abstract

본 발명은, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 섀시(chassis)에 설치되어 전력을 공급하는 배터리 셀 모듈에 있어서, 상호 이격되게 배치되는 복수 개의 배터리 셀과, 복수 개의 배터리 셀들을 수용하고 외부와의 열교환을 차단시키는 단열케이스와, 배터리 셀들 사이에 형성되는 이격공간에 삽입되되, 적어도 일측은 배터리 셀보다 길게 연장되어 차량의 섀시와 접하도록 마련되는 복수 개의 냉각 플레이트를 포함하며, 냉각 플레이트는 소정의 두께를 갖는 판상형으로 마련되고 내부에 적어도 하나의 히트파이프(heat pipe)가 내재되어 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 배터리 셀 냉각효율을 갖는 패시브(passive)형의 열전도 배터리 모듈에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.

멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로 배터리는 주변 온도 조건 환경에 영향을 받게 되는데, 예를 들어 최적 온도가 유지되지 않는 극저온 또는 극고온 등의 온도 악조건에 노출된 상태에서 충방전 과정이 진행되게 되면, 배터리의 충방전 효율성이 낮아지게 되며 이에 따라 정상 구동에 대한 성능 보장이 어려운 문제점이 발생할 수 있다.

이에 이차전지에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로서, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0062056에는 냉각수에 의한 냉각 방법을 개시하고 있다.

일반적으로 하나의 이차전지 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 이차전지는 복수의 이차전지 셀을 필요한 수만큼 적층시킨 스택(Stack)을 포함한다. 그리고 이차전지의 단위 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 셀 중간 중간에 방열판을 삽입한다. 각각의 단위 셀에서 열을 흡수한 방열판은 히트싱크에 그 열을 전달하고 히트싱크는 냉각수등에 의해 냉각된다.

그러나, 이와 같은 액티브형 냉각시스템으로 구성되는 배터리 팩은 다음과 같은 몇가지 문제점들이 있다. 첫째로, 별도의 냉각시스템이 추가됨으로써 배터리 팩을 포함한 전체 전력공급장치의 부피가 커져 단위 부피당 에너지밀도가 떨어진다. 구체적인 일례로, 전기 차량에 적용되는 액티브형 냉각시스템으로 구성된 배터리 팩은 동일한 부피를 갖는 패시브(passive)형 냉각시스템으로 구성된 배터리 팩보다 전력 생산 용량이 작을 수 밖에 없다. 둘째로, 액티브형 냉각시스템은 냉각 공기 또는 냉각수를 순환시키는데 필요한 구성품의 수가 많다. 따라서 그 중 일부의 구성품에 결함(냉각수 누액, Air-gap clogging, 모터 고장등)이 생기면 시스템 전체의 냉각 성능이 떨어지므로 시스템의 안정성이 낮다. 셋째로, 액티브형 냉각시스템은 패시브형 냉각시스템에 비해 생산 비용이 높고, 유지 및 보수가 쉽지 않다.

한편, 패시브형 냉각 방법은 냉매(공기 또는 냉각수)를 순환시키는 별도의 장치 없이 방열판만을 이용하여 발열체의 열을 방열시키는 냉각 방법이다. 이러한 패시브형 냉각 방법은 액티브형 냉각 방법에 비해 방열능력이 떨어지지만 간단한 구성으로 생산 비용이 낮고 유지 및 보수가 수월한 장점이 있다. 따라서 상술한 액티브형 냉각 시스템의 단점을 보완할 수 있으면서 방열능력이 우수한 패시브형 냉각 시스템으로 구성된 배터리 팩의 연구 개발이 필요한 실정이다.

대한민국공개특허 10-2013-0062056 2013.06.12 에스케이이노베이션 주식회사.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 패시브형(passive) 냉각방식으로 우수한 배터리 셀 냉각 효율을 가질 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 섀시(chassis)에 설치되어 전력을 공급하는 배터리 셀 모듈에 있어서, 상호 이격되게 배치되는 복수 개의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀들 사이에 형성되는 이격공간에 삽입되되, 적어도 일측은 상기 배터리 셀보다 길게 연장되어 상기 섀시와 접하도록 마련되는 복수 개의 냉각 플레이트를 포함하며, 상기 냉각 플레이트는, 소정의 두께를 갖는 판상형으로 마련되고 내부에 적어도 하나의 히트파이프(heat pipe)가 내재되어 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

상기 적어도 하나의 히트파이프는 복수 개이며, 상기 복수 개의 히트파이프들은, 각각 상기 배터리 셀과 나란하게 배열될 수 있다.

상기 적어도 하나의 히트파이프는 복수 개이며, 상기 복수 개의 히트파이프들 각각은, 직선 구간과 곡선 구간 중에서 적어도 어느 하나의 구간이 조합되어 형성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 히트파이프는 하나이며, 상기 하나의 히트파이프는, 직선 구간과 곡선 구간 중에서 적어도 어느 하나의 구간이 조합되어 형성될 수 있다.

상기 배터리 셀들과 상기 냉각 플레이트들은 각각 하나씩 교번적으로 배치될 수 있다.

상기 냉각 플레이트는, 상기 배터리 셀과 나란하게 배치되되 상기 배터리 셀의 길이보다 길게 연장되게 마련되는 흡열부 및; 상기 흡열부의 일단부에서 절곡되게 연장되는 방열부를 포함하며, 상기 방열부는 상기 섀시와 접하도록 배치될 수 있다.

상기 방열부와 상기 섀시 사이에 개재되어 열전도를 촉진시키는 써멀인터페이스부재를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 플레이트는, 상기 배터리 셀과 나란하게 배치되되 상기 배터리 셀의 길이보다 길게 연장되게 마련되는 흡열부 및; 상기 흡열부의 양단부에서 각각 절곡되어 연장되는 2개의 방열부를 포함하며, 상기 2개의 방열부는, 각각 섀시와 접하도록 배치될 수 있다.

상기 2개의 방열부와 각각 접하는 상기 섀시 사이에 개재되어 열전도를 촉진시키는 써멀인터페이스부재를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 플레이트는 상기 섀시에 비해 비열이 상대적으로 낮을 수 있다.

상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하고 외부와의 열교환을 차단시키는 단열케이스를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다. 상기 자동차는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 중 어느 하나 일수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열용량이 매우 크고 배터리 셀보다 저온인 차량의 섀시와 연결되는 방열 구조로 기존의 냉매 탱크, 밸브, 펌프, 냉각기 등의 추가적인 부품이 요구되지 않으므로 배터리 모듈의 구조 및 냉각 시스템 운용이 매우 단순하면서도 효과적일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 평판형 냉각 플레이트 내부에 히트파이프를 구비하여 배터리 셀 외부로 열전도율을 현저하게 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 섀시에 설치된 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 단위 냉각 플레이트를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트에 의한 열전도 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프가 내재된 단위 냉각 플레이트를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트파이프가 내재된 단위 냉각 플레이트를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 차량의 섀시에 설치된 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면 대비 설명에 앞서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 자동차에 탑재되는 자동차용 배터리 모듈이다. 따라서, 이하 설명은 상기 배터리 모듈이 자동차에 탑재되었거나, 탑재될 것을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 섀시에 설치된 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단위 냉각 플레이트를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 절개사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트에 의한 열전도 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀 및 냉각 플레이트를 포함한다. 그리고 냉각 플레이트(120)는 적어도 어느 일단이 차량의 섀시(CH)에 접하게 연결될 수 있다.

배터리 셀(110)들은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형이고, 일면 또는 양면이 인접한 배터리 셀(110)에 대면하도록 적층 또는 평행하게 배열되어 다수의 배터리 셀(110) 적층체를 형성할 수 있다.

배터리 셀(110)들은 각각 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극 조립체를 포함하며, 도시하지는 않았으나, 각 배터리 셀(110)의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드가 전기적으로 접속될 수 있다.

각각의 배터리 셀(110)은 충전 및 방전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

이러한 배터리 셀(110)들은 전기 화학적 반응에 의하여 충전 및 방전을 반복하면서 열이 발생하게 된다. 배터리 셀(110) 내부에 열이 축적되면 전술한 바와 같이, 충방전 효율성이 낮아질 뿐만 아니라 열 축적이 심화되어 폭발할 수도 있다. 따라서 배터리 모듈(100)에 있어서, 각 배터리 셀(110)들에서 발생하는 열을 방열시켜야 하는데 이러한 배터리 셀(110)들의 방열은 1차적으로 냉각 플레이트(120)에 의해 이루어 질 수 있다.

냉각 플레이트(120)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 질화 알루미늄(Aln) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 냉각 플레이트(120)가 구리(Cu)로 이루어지는 경우, 충, 방전시에 상기 배터리 셀(110)에서 발생되는 열을 배터리 셀(110) 외부로 빠르게 전도시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 냉각 플레이트(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개가 배터리 셀(110)들과 상호 교번적으로 배열될 수 있다. 또한, 냉각 플레이트(120)는 배터리 셀(110)의 적어도 일면 전체와 접촉될 수 있도록 배터리 셀(110) 보다 크게 형성될 수 있다. 냉각 플레이트(120)는 판상형으로 배터리 셀(110)과의 접촉 면적이 클수록 열전달이 유리할 수 있다.

한편, 냉각 플레이트(120)에 축적된 열은 차량의 섀시(CH)를 통해 방열될 수 있다. 여기서 차량의 섀시(CH)는 차량의 프레임인 차대를 의미한다. 구체적으로 설명하면, 차량의 섀시(CH)는 배터리 모듈(100)에 비해 단면적이 상당히 넓고 열용량이 매우 크다. 그리고 차량의 섀시(CH)는 외부 공기와 접촉되므로 배터리 셀(110)보다 항상 낮은 온도를 유지할 수 있다. 따라서 냉각 플레이트(120)는 배터리 셀(110)의 열을 차량의 섀시(CH)에 전달하는 매개체가 되고, 차량의 섀시(CH)는 그 자체가 배터리 셀(110) 내부의 열을 최종적으로 외부로 배출시키는 방열판으로서 역할을 수행한다.

이와 같이 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 차가운 공기 또는 냉각수와 같은 별도의 냉매를 순환시켜야 하는 간접 냉각 방식의 배터리 모듈과는 다른 패시브형 배터리 셀(110) 냉각 구조를 갖는다. 따라서 냉매 순환에 필요한 탱크, 밸브, 펌프, 냉각기 등의 추가적인 구성품들이 필요하지 않으므로 컴팩트한 배터리 모듈 제작이 가능해져 에너지 밀도를 높일 수 있고 구성이 단순해 유지 관리가 손쉬운 이점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 냉각 플레이트(120)의 구조와 방열 방식에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 냉각 플레이트(120)는 배터리 셀(110)과 나란하게 배치되되 배터리 셀(110)의 길이보다 길게 연장되는 흡열부(121)와, 흡열부(121)의 일단부에서 절곡되게 연장되는 방열부(122)를 포함한다. 냉각 플레이트(120)의 방열부(122)는 차량의 섀시(CH)와 실질적으로 접하는 부분으로 접촉면을 넓히기 위해 절곡된 형상을 가질 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 냉각 플레이트(120)는 내측에 적어도 하나 이상의 히트파이프(heat pipe,123)가 내재될 수 있다. 구체적으로, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 플레이트(120)는 내부에 5개의 히트파이프(123)가 내재되어 있으며, 각각의 히트파이프(123)들은 상호 일정 간격을 두고 나란하게 배열될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 히트파이프(123)의 개수가 5개이나 이는 일 예로서 히트파이프(123)의 개수는 5개를 초과하거나 5개 미만으로 구성될 수도 있다.

참고로, 냉각 플레이트(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 준비된 두개의 플레이트(120a,120b)에 히트파이프 수용홈(G)을 형성하고 상기 수용홈(G)에 히트파이프(123)를 끼워넣은 다음, 상기 두개의 플레이트(120a,120b)를 결합시키는 방식으로 형성될 수 있다. 결합 시에는 상기 두개의 플레이트(120a,120b)의 테두리부를 용접하거나 클램핑(clamping)하는 등의 방법이 사용될 수 있다. 여기서 용접 방법으로 티그(Tig) 용접, 플라즈마(Plasma) 용접, 심(Seam) 용접, 고주파(High frequency) 용접 등의 방법을 이용할 수 있다. 이러한 냉각 플레이트(120)는 내부에 히트파이프(123)가 매입되어 있으면서 외관은 판상형이므로 배터리 셀(110)들 사이에 개재시키기 용이하고 또한, 배터리 셀(110)과도 넓은 접촉 면적을 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이, 냉각 플레이트(120)는 배터리 셀(110)의 일면 또는 양면과 밀착되어 열을 흡수하는데, 이때 히트파이프는 냉각 플레이트(120)의 열전도를 보다 촉진시키는 역할을 한다.

도 4를 참조하면, 히트파이프(123)는 밀봉된 구조의 도관(123a)과, 상기 도관(123a)에 주입되어 열에 의해 상변화를 일으키는 작동유체(S)를 포함한다.

도관(123a)은 누설이 없고 내압 강도가 있는 알루미늄, 스테인레스, 탄소강 재질의 원통형으로 형성될 수 있다. 작동유체(S)로는 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올 등이 사용될 수 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

도관(123a)에는 작동유체(S)의 이동 통로를 제공하는 위크(123b)가 더 형성되어 있다. 위크(123b)는 모세관력에 의해 작동유체(S)를 순환시킬 수 있고 유연성의 다공질 재료일 수 있으며, 다공성 모세관을 형성하도록 다수의 미세한 단위섬유 집합조직으로 제조될 수 있다.

위크(123b)는 기화된 작동유체(S)의 액화를 돕고 유로 역할도 한다. 위크(123b)는 자체 내에 형성되어 모세관력을 발생시키는 미세 통로가 균일하게 형성되어 있는 것을 사용하여 열전달 정도에 있어서 재현성이 떨어지지 않게 함이 바람직하다. 미세 통로가 균일하면 유동 저항이 커지지 않고 높은 모세관력을 얻을 수 있어, 열원 부근에서의 증발이 활발하게 되어도 액상 작동유체(S)의 흐름이 끊어질 염려가 없다.

위크(123b)는 예컨대 면(cotton)과 같은 천연 섬유, 폴리아미드계와 같은 화학 섬유 또는 탄소 섬유와 같은 무기 섬유의 펠트(felt) 또는 웹(web) 또는 직물(fabrics) 또는 부직포(non-woven fabric) 재질로 제조될 수 있다.

배터리 셀(110)에서 발생되는 열은 냉각 플레이트(120)의 흡열부(121)를 통해 흡수된다. 그리고 흡열부(121)의 히트파이프(123)에서 작동유체(S)가 열에 의해 기화되어 방열부(122)로 이동하게 된다. 기화된 작동유체(S)는 방열부(122)에서 응축되어 응축잠열을 외부로 방출하고 응축된 작동유체(S)는 위크(123b)를 통해 모세관현상에 의해 흡수된다. 그리고 응축된 작동유체(S)는 관벽(위크(123b))을 따라 흡열부(121) 측으로 되돌아 옴으로써 작동유체(S)의 한 사이클이 완성된다. 이와 같이, 히트파이프(123)는 작동유체(S)가 순환함으로써 열전달을 빠르게 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 단열 케이스(130)와, 써멀인터페이스부재(140)를 더 포함할 수 있다.

단열 케이스(130)는 배터리 셀(110) 적층체를 수용하고 보호하는 배터리 모듈(100)의 하우징으로 외부 열원의 출입을 차단한다. 다만, 냉각 플레이트(120)들은 단열 케이스(130)의 일면 또는 양면에 형성된 슬롯(미도시)을 통해 외부로 노출되어 차량의 섀시(CH)와 연결될 수 있다.

써멀인터페이스부재(140)는 냉각 플레이트(120)의 열을 차량의 상기 섀시(CH)에 효율적으로 전달하게 하는 부재로서, 냉각 플레이트(120)의 방열부와 상기 섀시(CH) 사이에 개재될 수 있다.

이러한 써멀인터페이스부재(140)는 냉각 플레이트(120)와 섀시(CH) 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 하나의 예로, 실리콘에 열전도성 물질을 조합한 열전달 패드를 제조함으로써 탄성과 열전도성이 동시에 발휘되는 구조로 이루어질 수 있다. 써멀인터페이스부재(140)는 부품에서 발생되는 열로 인해 기기 장애를 일으키는 곳에 사용되어 내부의 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 고안되어 여러 제조업체에서 생산되고 있으며 시판되는 써멀인터페이스부재(140)를 구입하여 적용하여도 좋다. 열전도성, 신축성과 유연성, 절연성이 뛰어난 써멀인터페이스부재(140)를 선택하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 별도의 냉매를 사용하지 않는 패시브(passive)형 냉각 방식의 배터리 모듈(100)로서, 기존의 배터리 모듈에 비해 구성이 간단하고 배터리 모듈의 에너지 생산 밀도가 높아 질 수 있다. 또한, 탱크, 밸브, 펌프, 냉각기 등이 없어 이들의 고장 또는 냉각수 누액과 같은 문제로 인한 냉각 시스템상의 결함이 발생할 염려가 적다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프(123')가 내재된 단위 냉각 플레이트(120)를 나타낸 개략적인 도면이다.

도 1 내지 도 4와 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 이하에서 설명할 본 실시예는 전술한 실시예와 비교할 때 히트파이프(123')의 구조 및 배열이 상이하다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 플레이트(120')는 하나의 히트파이프(123')를 포함하며, 히트파이프(123')는 평행하게 배열되는 복수 개의 직선 구간과 상기 직선 구간들을 연결하는 복수 개의 곡선 구간으로 이루어 질 수 있다. 여기서 본 실시예의 히트파이프(123')는 바람직하게는 직선 경로가 배터리 셀(110)의 너비에 대응되게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 곡선 구간은 작동유체의 흐름이 변경되는 구간에서 마찰저항을 줄이기 위한 구조로 선택된 것이나 본 실시예와 달리, 상기 복수 개의 곡선 구간은 직선 구간으로 대체되더라도 무방하다.

본 실시예에 의하면, 전술한 실시예의 복수 개의 직선형 히트파이프(123)보다 적은 개수로 보다 넓은 범위에서 배터리 셀(110)의 열을 흡수할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트파이프가 내재된 단위 냉각 플레이트를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각 플레이트(120'')는 복수개의 히트파이프(123'')를 포함하며, 히트파이프는 적어도 하나 이상의 직선 구간과 적어도 하나 이상의 곡선 구간을 선택적으로 조합하여 형성시킬 수 있다.

더 구체적으로 설명하면, 본 실시예에서 히트파이프(123'')는 2개가 마련되며, 도 6에 도시된 가상의 기준선(A) 좌,우측에 각각 하나씩 위치할 수 있다. 그리고 각 히트파이프(123'')는 평행하게 배열되는 복수 개의 직선 구간과 상기 직선 구간들을 연결하는 복수 개의 곡선 구간으로 이루어 질 수 있다.

본 실시예에 의하면, 적은 수의 히트파이프(123'')로 냉각 플레이트(120'')의 에너지밀집도를 높일 수 있으므로 배터리 셀(110)의 전면에서 균일하게 열을 전도시킬 수 있다. 또한, 외부 충격으로 어느 하나의 히트파이프(123'')가 손상되더라도 나머지 히트파이프(123'')로 열을 배출시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 2개의 히트파이프(123'')를 사용하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니므로 3개 이상의 히트파이프가 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

전술한 실시예와 중복된 설명은 생략하기로 하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 냉각 플레이트(220)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(210)의 길이보다 길게 연장되는 흡열부(221)와 흡열부(221)의 양단부에서 각각 절곡되는 2개의 방열부(222)를 포함할 수 있다. 그리고 2개의 방열부는 각각 차량의 섀시(CH)에 접하게 배치될 수 있다. 이때, 전술한 실시예와 같이, 써멀인터페이스부재(240)가 방열부(222)와 상시 섀시(CH) 사이에 더 개재될 수 있다.

본 실시예에 따른 냉각 플레이트(220)는, 2개의 방열부(222)가 차량의 섀시(CH)에 접하여 저온을 형성하게 되고, 흡열부(221)는 배터리 셀(210)에 접하여 고온을 형성하게 된다. 따라서 배터리 모듈(100)의 충,방전시 배터리 셀(210)로부터 냉각 플레이트(220)의 흡열부(221)로 흡수된 열은 다시 냉각 플레이트(220)의 (도 7에 있어서) 상,하방향으로 전도된 다음, 각각의 방열부(222)를 통해 차량의 섀시(CH)로 방열될 수 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 전술한 실시예에 따른 배터리 모듈보다 열전달이 더 빠르게 이루어질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에도, 이러한 배터리 모듈을 커버하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차 및 IT 제품군 등에 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100 : 배터리 모듈
110 : 배터리 셀
120 : 냉각 플레이트
121 : 흡열부
122 : 방열부
123 : 히트파이프
130 : 단열 케이스
140 : 써멀인터페이스부재
CH : 챠량의 섀시

Claims

전기 차량 또는 하이브리드 차량의 섀시(chassis)에 설치되어 전력을 공급하는 배터리 셀 모듈에 있어서,
상호 이격되게 배치되는 복수 개의 배터리 셀;
상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하고 외부와의 열교환을 차단시키는 단열 케이스; 및
상기 배터리 셀들의 적어도 일면에 접촉하게 상기 배터리 셀들 사이에 형성되는 이격공간에 삽입되되, 적어도 일측은 상기 배터리 셀보다 길게 연장되어 상기 단열 케이스를 통과하여 상기 섀시와 접하도록 마련되는 복수 개의 냉각 플레이트를 포함하며,
상기 냉각 플레이트는,
소정의 두께를 갖는 판상형으로 마련되고 내부에 밀봉된 구조의 도관과, 상기 도관에 주입되어 열에 의해 상변화를 일으키는 작동유체를 구비한 적어도 하나의 히트파이프(heat pipe)가 내재되어 있으며,
상기 냉각 플레이트는,
상기 배터리 셀과 나란하게 배치되되 상기 배터리 셀의 길이보다 길게 연장되게 마련되는 흡엽부; 및
상기 흡열부로부터 연장되며, 상기 섀시와 접하도록 배치되는 방열부를 포함하며,
상기 방열부는, 상기 섀시와의 접촉면을 넓힐 수 있게 상기 흡열부의 적어도 일단부에서 절곡되게 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히트파이프는 복수 개이며,
상기 복수 개의 히트파이프들은, 각각 상기 배터리 셀과 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히트파이프는 복수 개이며,
상기 복수 개의 히트파이프들 각각은, 직선 구간과 곡선 구간 중에서 적어도 어느 하나의 구간이 조합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히트파이프는 하나이며,
상기 하나의 히트파이프는, 직선 구간과 곡선 구간 중에서 적어도 어느 하나의 구간이 조합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배터리 셀들과 상기 냉각 플레이트들은 각각 하나씩 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 방열부와 상기 섀시 사이에 개재되어 열전도를 촉진시키는 써멀인터페이스부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 방열부는,
2개로 구비되어, 상기 흡엽부의 양단부에 각각 절곡되어 연장되며,
상기 2개의 방열부는, 각각 섀시와 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제8항에 있어서,
상기 2개의 방열부와 각각 접하는 상기 섀시 사이에 개재되어 열전도를 촉진시키는 써멀인터페이스부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 냉각 플레이트는 상기 섀시에 비해 비열이 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
삭제
제1항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
제12항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.