KR101796105B1 - 차량용 배터리 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체는, 복수개의 배터리셀과; 상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 구비하는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재의 돌출부가 삽입되어 열교환 매체와 접촉하게 되는 열교환 챔버와, 상기 돌출부와 상기 열교환 챔버 사이에 배치되어 상기 돌출부에 의해 관통되되 상기 열교환 매체의 누설을 방지하기 위하여 상기 밀봉부재를 구비하는 헤더를 구비한 열교환기를 포함한다.

Description

차량용 배터리 조립체{Battery assembly for vehicle}

본 발명은 배터리 조립체에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되며 냉각을 위한 열교환 수단을 구비한 배터리 조립체에 관한 것이다.

통상적으로, 전기 자동차 또는 하이브리드 전지 자동차에는 대용량의 배터리가 장착된다. 하지만, 이러한 배터리들은 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 고온에서는 전해질 분해가 일어나고, 이에 따라 수명이 현저하게 떨어진다. 따라서, 이와 같은 배터리의 온도 상승을 방지하기 위한 다양한 개발이 행해지고 있다.

이에 따라, 배터리에서 발생되는 열을 제거하거나 방출하기 위하여 물을 순환시키는 수냉식 냉각방법과 배터리에 냉각 공기를 불어넣어 주는 공냉식 냉각방법, 별도의 냉각 장치를 이용하여 냉각 장치에서 냉각된 열교환 매체를 배터리에 순환시키는 방법이 개발되었다.

배터리를 냉각하기 위하여 냉각수나 열교환 매체를 순환시켜서 배터리셀에서 발생되는 열에 의한 온도 상승을 방지하는 방안의 경우, 냉각수와 열교환 매체가 배터리셀에서 발생되는 열을 균일하게 식혀주지 못하여 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 저온의 냉각 매체가 열원과 접촉함으로써 응축수가 발생하여 배터리의 절연성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 복수개의 배터리셀 간에 열전달 부재를 배치하고 열전달 부재를 열교환 매체와 접촉시켜 열을 방출하는 차량용 배터리 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체는, 복수개의 배터리셀과; 상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 구비하는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재의 돌출부가 삽입되어 열교환 매체와 접촉하게 되는 열교환 챔버와, 상기 돌출부와 상기 열교환 챔버 사이에 배치되어 상기 돌출부에 의해 관통되되 상기 열교환 매체의 누설을 방지하기 위하여 상기 밀봉부재를 구비하는 헤더를 구비한 열교환기를 포함한다.

여기서, 상기 밀봉부재는 상기 돌출부가 관통하는 헤더의 관통부의 외주면을 둘러싸도록 형성되되 관통부에 대응되어 오목하게 형성된 안착홈와 상기 안착홈의 상측과 하측에서 측방향으로 연장된 지지부를 포함한다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체는 상기 배터리셀 및 상기 열전달 부재를 둘러싸서 지지하는 케이스를 추가로 포함한다.

상기 케이스는 상기 케이스의 내측면에 돌출된 보강부재를 포함한다.

상기 열교환기는 열교환 매체가 유입되는 유입구와 상기 유입구의 반대편에 배치되는 유출구를 포함한다.

상기 돌출부는 상기 열교환기 내에서 유동하는 열교환 매체의 유동방향에 나란한 방향으로 연장되어 배치된다.

본 발명에 따른 차량용 배터리 조립체는 다음과 같은 효과를 가지고 있다.

첫째, 복수개의 배터리셀들이 그 사이에 배치된 열전달 부재가 배치되고 열전달 부재는 다시 열교환 매체와 열을 교환하게 됨으로써 배터리셀에서 발생된 열이 효율적으로 방출되어 배터리셀의 냉각 효율성이 향상된다.

둘째, 열교환 매체가 열전달 부재의 돌출부에만 접촉되고 배터리셀에 유입되지 않도록 밀봉부재가 구비되므로 절연성이 향상된다.

셋째, 절연부재의 개별 교체가 가능하여 수리 및 유지비가 절감된다.

넷째, 배터리셀간의 이격 공간마다 열전달 부재가 배치되므로 배터리셀간의 온도 편차를 줄여줄 수 있다.

다섯째, 열전달 부재의 기계식 삽입 구조를 채용하여 조립이 간편하다.

여섯째, 배터리셀과 열전달 부재가 하우징 내에 수납되되, 하우징 내측면에 리브가 형성되어 배터리셀과 열전달 부재간의 간격을 유지할 수 있고 외부의 충격으로부터 배터리셀을 효과적으로 보호할 수 있다.

일곱째, 배터리셀의 열을 전달하는 열전달 부재의 돌출부는 열교환기 내부에서 열교환 매체의 유동방향에 나란하게 연장되어 있어서 열교환 매체의 유동성을 저해하지 않으며, 이에 따라 냉각 효율을 더욱 향상시키게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스가 분리된 상태의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스가 분리된 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면의 부분 사시도이다.
도 5는 도 3의 돌출부, 헤더 및 밀봉부재에 결합 부분에 대한 측면도이다.
도 6은 도 3의 밀봉부재의 분리 사시도이다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스가 분리된 상태의 측면도이다. 도 1 및 2를 동시에 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 배터리 조립체(10)는, 소정의 두께를 가지며 예시적으로 직육면체의 형상을 가진 복수개의 배터리셀(20)과; 상기 배터리셀 사이의 이격 공간(22)에 개재된 열전달 부재(30)를 포함한다.

가장 외곽에 배치된 배터리셀(20)의 경우에는 일측면만 열전달 부재(30)와 접촉한다. 필요하다면, 가장 외곽에 열전달 부재가 배치될 수도 있다.

상기 열전달 부재(30)는 상기 배터리셀(20)과 면접촉하고 있으며, 상기 배터리셀(20)과 접촉하는 면은 배터리셀의 형상과 상보적인 형상을 가진다. 예를 들어 상기 배터리셀(20)이 직육면체 형상이며, 상기 배터리셀(20)에 접하는 열전달 부재의 접촉면은 배터리셀(20)과 접촉하는 면을 포함하는 표면에서 배터리셀(20)과 접촉하지 않는 부분이 없도록 실질적으로 동일한 면적의 사각형 접촉면을 가진다.

상기 열전달 부재(30)는 열전달 성능이 우수한 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 히트파이프인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 상기 히트 파이프는 열전도성과 가격면을 동시에 고려하여 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.

또한, 직육면체 형상의 상기 배터리셀(20)은 넓은 표면적의 면끼리 소정의 이격 공간(22)에 의한 간격으로 서로 이웃하도록 배치된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스와 열교환기가 분리된 상태의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 열전달 부재(30)는 상기 배터리셀(20)의 상측으로 돌출된 돌출부(32)를 구비한다. 즉, 상기 돌출부(32)를 포함하는 상기 열전달 부재(30)의 전체 높이는 상기 배터리셀(20)의 전체 높이보다 크게 형성된다.

다시, 도 1 및 2를 참조하면, 상기 차량용 배터리 조립체(10)는 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)가 삽입되어 열교환 매체와 접촉하게 되는 열교환 챔버를 내부에 가지는 열교환기(40)를 구비한다. 상기 열교환 챔버는 그 내부에 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)를 수용할 수 있을 크기를 가진다.

상기 돌출부(32)가 배터리셀(20)의 전체 높이 위로 돌출되는 높이는 열교환 챔버의 수용 공간의 크기를 고려하여 정해지는데, 상기 돌출부(32)가 열교환 챔버의 내부 벽에 직접 접촉되지 않도록 돌출부의 연장된 크기보다는 큰 크기를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 열교환기(40)의 내부에는 열교환 매체(미도시)가 유동하게 되므로, 상기 열교환기(40)는 열교환 매체가 유입되는 유입구(42)와 상기 열교환 챔버에서 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)와 열교환을 한 후의 열교환 매체가 유출되는 유출구(44)를 포함한다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체(10)는 상기 배터리셀(20) 및 상기 열전달 부재(30)를 둘러싸서 지지하는 케이스(50)를 추가로 포함한다.

상기 케이스(50)는 조립의 편리성을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 2피스 구조로 되어 상기 배터리셀(20) 및 상기 열전달 부재(30)를 감싸도록 조립될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지는 않고 일측이 개방된 1피스 구조로 개방된 부분에 상기 배터리셀(20) 및 열전달 부재(30)가 삽입될 수도 있다.

한편, 상기 케이스(50)는 상기 케이스의 내측면에 돌출된 보강부재(52)를 포함한다. 상기 보강부재(52)는 가로 및/또는 세로로 길다랗게 연장되는 형태로 형성된 리브일 수 있다. 또한, 배터리셀(20)에서 케이스(50)로 전달되는 열을 방출하기 위하여 케이스(50)의 표면에는 열방출공(미도시)이 형성될 수도 있다. 열방출성을 우수하게 하기 위하여, 상기 케이스(50)는 지지력이 확보되는 범위 내에서 적어도 부분적으로 메시 구조일 수도 있다.

가장 외곽에 배치된 배터리셀(20)의 경우에는 일측면은 열전달 부재(30)와 접촉하고 타측면은 케이스(50)의 내측면과 접촉할 수 있다. 따라서 상기 케이스(50)는 역시 가급적 견고하면서도 열전도성이 우수한 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 열교환기(40)내에서 유동하는 열교환 매체의 유동성 향상을 위하여 열교환 매체가 유입되는 유입구(42)와 상기 열교환 매체가 유출되는 유출구(44)는 서로 대향하여 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 유입구와 유출구가 열교환기의 동일한 측면에 배치되거나 마주보는 방향이 아닌 방향에 배치될 수도 있다.

도 2 및 도 3을 동시에 참조하면, 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)와 상기 열교환 챔버 사이에는 헤더(60)가 배치된다. 즉 열교환기(40)는 그 내부의 열교환 챔버의 바닥 부재로서 헤더(60)를 구비하되, 상기 헤더(60)는 상기 돌출부(32)에 의해 관통되고 상기 열교환 매체의 누설을 방지하기 위하여 상기 밀봉부재(70)를 구비한다.

도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면의 부분 사시도이고, 도 5는 도 3의 돌출부, 헤더 및 밀봉부재에 결합 부분에 대한 측면도이며, 도 6은 도 3의 밀봉부재의 분리 사시도인데, 도 4 내지 도 6을 동시에 참고하면, 상기 밀봉부재(70)는 상기 열전달 부재(30)의 상측으로 돌출되어 연장된 돌출부(32)가 관통하는 헤더(60)의 헤더 플레이트(62)의 관통부의 외주면을 둘러싸도록 형성된다.

상기 밀봉부재(70)는 헤더 플레이트(62)의 관통부에 대응되어 오목하게 형성된 안착홈(74)과 상기 안착홈의 상측과 하측에서 상기 헤더 플레이트(62)의 내측 표면 및 외측 표면을 따라 측방향으로 연장된 지지부(72)를 포함한다.

상기 밀봉부재(70)의 상기 지지부(72)는 서로 이웃하게 배치되는 지지부(72)와 겹치지 않는 길이로 연장된다. 상기 지지부(72) 및 상기 안착홈(74)이 이루는 ‘ㄷ’자형 공간에 헤더 플레이트(62)의 관통부 외주면이 유체가 유동하지 않게 배치되어 접촉된다.

도 3 내지 도 5에는 돌출부(32)의 개수가 4개인 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 냉각 용량을 고려하여 돌출부의 개수가 정해질 수 있다.

상기 헤더 플레이트(60)의 테두리부는 상측으로 절곡되어 있어서 열교환기(40)가 헤더(60)에 장착되었을 때 열교환 챔버가 밀봉되게 된다.

도 6에는 도 3 및 5에 도시된 밀봉 부재만이 분리되어 도시되어 있다. 도 6을 참고하면, 상기 밀봉부재(70)는 상기 헤더 플레이트(62)에 형성된 관통부에 상보적인 형상과 크기로 형성되되, 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)가 관통되어 끼워지는 관통구(76)를 구비한다. 상기 밀봉부재(70)의 관통구(76)는 상기 열전달부재(30)의 돌출부(32)의 크기와 형상에 상보적인 크기와 형상을 가지되, 밀봉성능을 고려하여 크기가 형성된다.

상기 안착홈(74) 및 상기 지지부(72)는 밀봉부재(70)의 측면을 따라 연속적으로 형성된다.

상기 밀봉 부재(70)는 탄성을 가지면서도 열에 대한 소정의 저항성을 가지는 소재, 예를 들어 고무 등의 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 밀봉 부재(70)는 열교환 매체와 직접 접촉하게 되기 때문에 열교환 매체와 반응하지 않는 특징을 가지는 소재에서 선택되는 것이 바람직하다.

다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 열전달 부재(30)의 상기 돌출부(32)는 상기 열교환기(40)의 열교환 챔버 내에서 유동하는 열교환 매체의 유동방향에 나란한 방향으로 연장되어 배치된다. 이에 따라 상기 열교환기(40)의 열교환 챔버 내에서 유동하는 열교환 매체의 유동이 열교환 챔버 내에 삽입되어 돌출된 돌출부(32)에 의해 방해되지 않아 원활한 열교환 작용이 가능하게 된다.

본 발명이 차량용 배터리 조립체의 다른 실시예로서, 상기 열교환 챔버 내에 배치되는 돌출부는 상기 열교환 챔버 내에서 유동하는 열교환 매체가 유출구로 유동시에 유출구를 향한 유동 경로를 수렴시켜주도록 만곡된 형태로 연장될 수도 있다.

10: 차량용 배터리 조립체 20: 배터리셀
22: 이격 공간 30: 열전달 부재
32: 돌출부 40: 열교환기
42: 유입구 44: 유출구
50: 케이스 52: 보강부재
60: 헤더 62: 헤더플레이트
70: 밀봉부재 72: 지지부
74: 안착홈 76: 관통구

Claims (6)

1. 복수개의 배터리셀과;
   상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 구비하는 열전달 부재와;
   상기 열전달 부재의 돌출부가 삽입되어 열교환 매체와 접촉하게 되는 열교환 챔버와, 상기 돌출부와 상기 열교환 챔버 사이에 배치되어 상기 돌출부에 의해 관통되되 상기 열교환 매체의 누설을 방지하기 위하여 밀봉부재를 가진 헤더를 구비한 열교환기를 포함하며,
   상기 밀봉부재는 상기 돌출부가 관통하는 헤더의 관통부의 외주면을 둘러싸도록 형성되되 관통부에 대응되어 오목하게 형성된 안착홈와 상기 안착홈의 상측과 하측에서 측방향으로 연장된 지지부를 포함하는 차량용 배터리 조립체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 배터리셀 및 상기 열전달 부재를 둘러싸서 지지하는 케이스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 케이스는 상기 케이스의 내측면에 돌출된 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 열교환 매체가 유입되는 유입구와 상기 유입구의 반대편에 배치되는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 열교환기 내에서 유동하는 열교환 매체의 유동방향에 나란한 방향으로 연장되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.

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