KR101836704B1 - 배터리 방열 모듈 - Google Patents

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Abstract

복수개의 배터리 모듈; 복수개의 배터리 모듈 사이마다 배치되는 냉각패드; 일단부가 냉각패드의 일단부와 열적으로 연결되고 복수개의 배터리 모듈을 가로지르는 방향으로 형성되며 공기의 유로를 형성하는 방열핀; 및 방열핀에 탈착 가능한 형태로 마련되는 보조방열핀;을 포함하는 배터리 방열 모듈이 소개된다.

Description

배터리 방열 모듈 {HEAT RADIATION MODULE FOR BATTERY}
본 발명은 복수개의 배터리 모듈이 집적된 시스템 상에서 배터리 모듈 상호간의 온도편차를 줄일수 있는 기술에 관한 것이다.
현재 개발되고 있는 전기차 및 하이브리드 차량에는 고전압 배터리가 탑재되고 있다. 고전압 배터리는 모터의 구동에너지원이 되는데, 고전압 배터리의 용량이 커질수록 전기차의 주행거리는 증가하고 하이브리드 차량은 모터 의존도를 높일 수 있어 연비가 향상되는 장점이 있다. 즉 전기차와 하이브리드 차량의 개발은 곧 차량에 사용되는 고전압 배터리의 용량의 증가로 귀결된다.
고용량 배터리의 용량을 증가시키면 부피가 증가하게 되고, 제한된 차량의 장착공간의 특성상 자연스럽게 여유공간이 부족해지며 배터리 모듈 사이에 직접 공기를 유통시키는 방식의 냉각에는 한계가 발생한다.
배터리 냉각성능이 부족하면 배터리의 온도가 상승하며 이에 따라 배터리의 열화가 빠르게 진행되어 배터리 수명이 단축되고 배터리의 출력 및 용량이 감소하는 부작용이 발생한다.
이를 극복하기 위해서 배터리 모듈에 냉각핀을 부착하여 핀을 냉각시키는 방식의 냉각 방법을 사용중인데, 이러한 방식은 적층되는 여러개의 배터리 모듈 사이에서 온도편차를 발생시킨다. 상대적으로 외곽에 배치되는 배터리 모듈은 외기와의 열교환이 활발하여 온도가 낮은 반면 중심부에 위치한 배터리 모듈은 열교환이 어려워 온도가 상승하는 효과가 발생하며 이는 부분적 배터리 열화에 따른 수명단축을 유발한다. 따라서 배터리 모듈간의 온도편차를 줄이는 방법이 매우 중요하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2011-049139 A
본 발명은 좁은 공간에 적층되어 배치되는 배터리 모듈간의 온도편차를 줄일 수 있는 배터리 방열 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 방열 모듈은 복수개의 배터리 모듈; 복수개의 배터리 모듈 사이마다 배치되는 냉각패드; 일단부가 냉각패드의 일단부와 열적으로 연결되고 복수개의 배터리 모듈을 가로지르는 방향으로 형성되며 공기의 유로를 형성하는 방열핀; 및 방열핀에 탈착 가능한 형태로 마련되는 보조방열핀;을 포함한다.
보조방열핀에는 클립형상의 결합부가 마련되어 결합부가 방열핀에 끼워짐으로써 탈착할 수 있다.
방열핀은 냉각 패드 일측 단부의 길이방향을 따라 복수개가 나란하게 형성되고, 복수개의 방열핀의 타단부를 열적으로 연결하는 방열보;를 포함하며, 보조방열핀은 방열보에 결합될 수 있다.
보조방열핀의 결합부는 방열핀 사이의 간격에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
보조방열핀은 방열핀의 방향과 나란하게 결합될 수 있다.
클립형상의 결합부에는 열전도 그리스가 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 배터리 방열 모듈에 따르면, 온도가 높은 중앙부분의 배터리 모듈에는 보조방열핀을 통하여 방열면적을 확대시켜 열교환량을 증대시킴으로서 외곽에 배치된 배터리 모듈과의 온도편차를 줄일 수 있게 된다.
또한 보조방열핀을 별도 생산하여 기존의 배터리 방열 모듈이 결합시켜 사용할 수 있게 되고, 보조방열핀의 결합위치를 손쉽게 변경하여 방열성능을 튜닝할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈이 개략적으로 도시된 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈의 보조방열핀의 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈 방열효과를 나타낸 그래프
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈이 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈의 보조방열핀(301)의 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방열 모듈 방열효과를 나타낸 그래프이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 방열 모듈은 복수개의 배터리 모듈(101); 복수개의 배터리 모듈(101) 사이마다 배치되는 냉각패드(201); 일단부가 냉각패드(201)의 일단부와 열적으로 연결되고 복수개의 배터리 모듈(101)을 가로지르는 방향으로 형성되며 공기의 유로를 형성하는 방열핀(203); 및 방열핀(203)에 탈착 가능한 형태로 마련되는 보조방열핀(301);을 포함한다. 보조방열핀(301)에는 클립형상의 결합부(303)가 마련되어 결합부(303)가 방열핀(203)에 끼워짐으로써 탈착할 수 있다.
본 발명에서는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 별물로 생산되어 기존의 배터리 모듈(101)의 방열핀(203)에 탈착가능한 보조방열핀(301)을 이용하여 배터리 모듈(101)간의 온도편차를 줄이고자 한다.
구체적으로 배터리 모듈(101)의 온도가 높은 곳에 보조방열핀(301)을 장착하여 방열면적을 향상시킴으로서 방열성능을 높이고, 이를 통해 배터리 모듈(101)간의 온도편차를 감소시킬 수 있게 된다.
클립형상의 결합부(303)를 통해 쉽게 기존의 방열핀(203)과 결합 및 분해할 수 있도록 형성하여 배터리 온도 분포의 추이를 살펴 온도가 높은 곳에 보조방열핀(301)을 설치하여 최적화할 수 있게된다.
도 4는 보조방열핀(301)의 장착 전후의 배터리 모듈(101)간의 온도편차를 나타낸 그래프이다. 가로축은 배터리 모듈(101)의 위치를 번호로써 나타낸 것이고, 세로축은 온도를 의미한다. 점과 함께 표현 파란선이 보조방열핀(301)의 장착전의 온도분포이고 빨간선이 보조방열핀(301)의 장착후의 온도분포이다.
이와 같이 양측 외곽(13번 및 24번 모듈)의 온도와 중앙측(18번 또는 19번 모듈)의 온도차이가 매우 감소한 것을 알 수 있다.
방열핀(203)은 냉각 패드 일측 단부의 길이방향을 따라 복수개가 나란하게 형성되고, 복수개의 방열핀(203)의 타단부를 열적으로 연결하는 방열보(205);를 포함하며, 보조방열핀(301)은 방열보(205)에 결합될 수 있다. 보조방열핀(301)의 결합부(303)는 방열핀(203) 사이의 간격에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
결합부(303)의 크기를 방열핀(203) 사이의 간격에 대응하도록 형성함으로써 다양한 차종에 공통적으로 부품을 사용할 수 있게 된다. 또한 고전압 배터리의 발열 위치에 선택적으로 장착시켜 방열효율을 조절할 수 있으므로 배터리의 발열 추이를 살펴 보조방열핀(301)의 장착 위치, 갯수 등을 자유롭게 조절할 수 있게 되어 방열성능을 최적화 할 수 있게 된다.
아울러 고전압 배터리의 크기, 용량 등의 설계변경 사항이 발생하여도 변경된 배터리의 발열 추이에 따라 보조방열핀(301)을 조절하여 쉽게 방열성능을 최적화할 수 있게 된다.
보조방열핀(301)은 방열핀(203)의 방향과 나란하게 결합될 수 있다.
보조방열핀(301)의 방향을 방열핀(203)의 방향과 나란하게 일치시켜 방열핀(203)을 통과하는 공기의 흐름을 방해하지 않도록할 수 있다.
클립형상의 결합부(303)에는 열전도 그리스(305)가 마련될 수 있다.
보조방열핀(301)의 경우 배터리 모듈(101) 사이의 냉각패드(201)와 직접연결 된 형태는 아니고, 방열핀(203) 또는 방열보(205)를 통해 전달된 열을 다시 전달 받아야 하는 형태이다. 따라서 보조방열핀(301)의 결합부(303)와 방열핀(203) 또는 방열보(205)의 밀착된 결합이 매우 중요하다. 그러나 보조방열핀(301)을 별물로 제작하여 장착시키는 형태의 특성상 완전하게 밀착결합을 시키기는 어려우며 결합부(303)분에는 공기층이 형성될 수밖에 없게 된다. 그러나, 공기층의 열전도율은 매우 낮아 오히려 열전도를 방해하는 역할을 하게된다.
스테인리스 스틸의 경우 평균적 열전도율이 20W/m·K가 되는 반면 공기의 열전도율은 0.025W/m·K로 약 800배 정도의 차이가 발생한다. 열전도 그리스(305)의 경우 스테인리스 스틸만큼의 열전도율을 보여주지는 못하나 평균적으로 4W/m·K로 공기에 비하여 매우 높아 열전도 효율이 상승하게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
101 : 배터리 모듈 201 : 냉각패드
203 : 방열핀 205 : 방열보
301 : 보조방열핀 303 : 결합부
305 : 열전도 그리스

Claims (6)

  1. 복수개의 배터리 모듈;
    복수개의 배터리 모듈 사이마다 배치되는 냉각패드;
    냉각 패드 일측 단부의 길이방향을 따라 복수개가 나란하게 형성되어 냉각패드의 일단부와 열적으로 연결되고, 복수개의 배터리 모듈을 가로지르는 방향으로 형성되며 공기의 유로를 형성하는 방열핀;
    복수개의 방열핀의 타단부를 열적으로 연결하는 방열보; 및
    클립형상의 결합부가 마련되고, 결합부가 방열보에 탈착 가능하게 결합됨으로써, 방열보에서 배터리 모듈의 온도가 높은 부분에 인접하게 장착되어 배터리 모듈의 온도가 높은 부분의 발열 성능이 확보되도록 하는 보조방열핀;을 포함하는 배터리 방열 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    보조방열핀의 결합부는 방열핀 사이의 간격에 대응하는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 방열 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    보조방열핀은 방열핀의 방향과 나란하게 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 방열 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    클립형상의 결합부에는 열전도 그리스가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 방열 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012199453A (ja) * 2011-03-23 2012-10-18 Casio Comput Co Ltd 冷却装置及びプロジェクタ
JP2014082047A (ja) 2012-10-15 2014-05-08 Showa Denko Kk 組電池の冷却構造
JP2014116238A (ja) 2012-12-11 2014-06-26 Yamaha Motor Co Ltd バッテリモジュール

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