KR101910244B1 - 냉각 성능이 개선된 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 판상체 형태로 마련되고 미리 결정된 위치들 마다 복수의 슬릿들을 구비하는 쿨링 플레이트와, 쿨링 플레이트의 상부에 일 방향으로 상호 간 나란하게 기립 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 배터리 셀의 일면과 접하도록 쿨링 플레이트의 상부에 기립 배치되는 벽면과, 상기 벽면과 일체로 형성되고 상기 쿨링 플레이트의 슬릿을 통과해 쿨링 플레이트의 하면에 접촉 배치되는 하단 플랜지를 구비하고, 상호 간 소정 간격 이격되어 복수의 배터리 셀들 사이에 배열되는 복수의 쿨링 핀들을 포함한다.

Description

냉각 성능이 개선된 배터리 모듈{Battery Module Having Improved Cooling Performance}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열전도 효율 및 구조적의 안정성이 높은 수냉식 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, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 필요한 수만큼 적층시킨 스택(Stack)을 포함한다. 그리고 단위 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 배터리 모듈의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀 중간 중간에 쿨링 핀을 삽입한다. 각각의 단위 셀에서 열을 흡수한 쿨링 핀들은 쿨링 플레이트에 그 열을 전달하고 쿨링 플레이트는 히트싱크에 의해 냉각된다.
그러나 기존의 배터리 모듈은 낮은 열전도율로 인해 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 원활하게 배출시키지 못하는 한계가 있다. 예컨대, 종래 배터리 모듈은 카트리지들에 체결되어 있는 쿨링 핀들과 쿨링 플레이트의 조립 공차로 인해 냉각 핀과 쿨링 플레이트의 접촉면이 완전히 맞닿지 않아 들뜨는 부분이 많이 생겨서 쿨링 핀과 쿨링 플레이트 접촉면에서 열 접촉 저항이 상당히 큰 편이다. 특히, 도 1을 참조하면, 온도 상승으로 인해 배터리 셀(1)이 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어나면, 배터리 셀(1)의 팽창 압력이 쿨링 핀(2)에 전해져 쿨링 핀(2)과 쿨링 플레이트(3) 간의 접촉성이 더욱 나빠지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열 접촉 저항을 줄임으로써 종래보다 냉각 성능이 향상된 수냉식 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 특히, 배터리 셀 스웰링 시에도 쿨링 핀과 쿨링 플레이트 간의 접촉이 유지될 수 있는 구조적으로 안정성이 높은 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 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 판상체 형태로 마련되고 미리 결정된 위치들 마다 복수의 슬릿들을 구비하는 쿨링 플레이트; 상기 쿨링 플레이트의 상부에 일 방향으로 상호 간 나란하게 기립 배치되는 복수의 배터리 셀들; 및 상기 배터리 셀의 일면과 접하도록 상기 쿨링 플레이트의 상부에 기립 배치되는 벽면과, 상기 벽면과 일체로 형성되고 상기 쿨링 플레이트의 슬릿을 통과해 상기 쿨링 플레이트의 하면에 접촉 배치되는 하단 플랜지를 구비하고, 상호 간 소정 간격 이격되어 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배열되는 복수의 쿨링 핀들을 포함할 수 있다.
상기 쿨링 플레이트의 하부에 대면 배치되고, 내부에 냉매가 흐르는 유로가 형성된 중공 구조의 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 쿨링 핀의 하단 플랜지는, 적어도 일 부분이 상기 쿨링 플레이트의 하면과 상기 히트 싱크의 상면 사이에 배치될 수 있다.
상기 쿨링 핀의 하단 플랜지는, 상기 쿨링 핀의 길이방향을 따라 여러 갈래로 나뉘어진 복수 개의 단위 하단 플랜지를 포함하며, 상기 쿨링 플레이트의 슬릿들은 상기 단위 하단 플랜지들이 개별적으로 통과되도록 상기 단위 하단 플랜지들 각각과 일대일 대응되게 구성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트는, 평평한 상면에 대해 볼록하게 돌출 형성된 복수의 돌출부를 구비하고, 상기 복수의 돌출부는 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 등 간격으로 마련될 수 있다.
상기 복수의 쿨링 핀들은 2개의 쿨링 핀을 한 조로 하여 구성되며, 상기 한 조의 쿨링 핀은 상기 어느 하나의 돌출부 위에 서로 상기 벽면들이 맞닿아 기립 배치되고, 상기 하단 플렌지들은 서로 대칭되는 방향으로 연장되고 상기 어느 하나의 돌출부를 감싸도록 마련될 수 있다.
서로 이웃한 한 조의 쿨링 핀들은, 상기 쿨링 플레이트의 하면에서, 각각 상기 하단 플렌지들의 끝단이 서로 맞닿도록 마련될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트와 상기 복수의 쿨링 핀들은 상호 간 본딩(bonding) 또는 용접(welding)되어 일체로 형성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트 및 상기 쿨링 핀은 열전도성 금속 소재로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀 스웰링 시에도 쿨링 핀들과 쿨링 플레이트 간의 접촉이 유지될 수 있음으로, 냉각 성능이 그대로 유지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 쿨링 핀들의 하단 플랜지들이 히트 싱크와 직접적으로 접촉하여 냉각 효율이 더욱 높아질 수 있다.
도 1은, 종래 기술에 따른 배터리 모듈의 쿨링 핀과 쿨링 플레이트 간의 접촉 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징에 셀 카트리지들이 부분적으로 삽입된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는, 도 3의 로워 하우징을 나타낸 사시도이다.
도 5는, 도 4의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 6은, 도 5의 A 영역 확대도이다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿨링 핀과 쿨링 플레이트의 결합 전과 후를 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다.
도 9는, 도 7의 쿨링 플레이트의 일 부분을 나타낸 평면도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징에 셀 카트리지들이 부분적으로 삽입된 상태를 나타낸 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 셀 카트리지(200) 및 로워 하우징(300)을 포함한다.
배터리 셀(100)은 복수 개가 구비될 수 있다. 그리고 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재로 구성될 수 있다.
여기서 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 분리막과 함께 권취된 권취형과 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
파우치 외장재는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로, 전극 조립체와 전해액을 내장한 상태에서 외주면을 열융착하여 밀봉되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 파우치 외장재는 2개의 라미네이트 시트로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 그리고 파우치 외장재는 전극 조립체가 수납된 상태에서 2개의 라미네이트 시트의 테두리 부분을 열융됨으로서 밀폐될 수 있다.
한편, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고 전극 리드는 2개의 파우치의 열융착부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출되고, 배터리 셀(100)의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 이와 같은 파우치형 배터리 셀(100)은 기계적 강성이 약한 편이기 때문에 외부 충격을 흡수하고 적층이 용이하도록 셀 카트리지(200)에 수용될 수 있다.
셀 카트리지(200)는 배터리 셀(100)을 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 배터리 셀(100)의 조립을 가이드하는 역할을 한다.
하나의 셀 카트리지(200)는, 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 본 실시예의 셀 카트리지(200)는 하나당 2개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있도록 구성된다. 예컨대, 셀 카트리지(200)는, 중앙 부분이 비어 있는 4각 틀 형태의 제1 및 제2프레임(210,220)을 포함하며, 상기 제1 프레임(210)과 상기 제2 프레임(220)은 2개의 배터리 셀(100)을 사이에 두고 상호 간 조립 가능하게 마련될 수 있다.
즉, 제1 프레임(210)의 상부에 2개의 배터리 셀(100)을 적층한 다음, 제2 프레임(220)으로 제1 프레임(210)을 덮고 이들을 서로 후크 체결 방식으로 결속시킬 수 있다. 이때, 2개의 배터리 셀(100)의 일면은 비어 있는 중앙 부분을 통해 외부로 노출될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 프레임(220)의 중앙 부분의 크기는 파우치형 이차 전지의 전극 조립체 부분에 대응되는 크기일 수 있다. 셀 카트리지(200)는, 바람직하게는, 경량이면서도 기계적 강성도가 좋은 강화 플라스틱 등으로 제작될 수 있다.
로워 하우징(300)은 복수의 셀 카트리지(200)들을 일 방향으로 적층시킬 수 있는 공간을 제공하며, 또한 배터리 셀들의 열을 외부로 방출시키는 역할을 한다.
도 4는, 도 3의 로워 하우징(300)을 나타낸 사시도이고, 도 5는, 도 4의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 6은, 도 5의 A 영역 확대도이다.
이들 도면을 참조하면, 로워 하우징(300)은, 복수의 쿨링 핀(310)과 쿨링 플레이트(320)를 포함한다.
먼저, 쿨링 핀(310)은 배터리 셀(100)의 일면과 접하도록 쿨링 플레이트(320)의 위에 기립 배치되는 벽면(312)과, 상기 벽면(312)과 일체로 형성되고 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322)을 통과해 쿨링 플레이트(320)의 하면에 접촉 배치되는 하단 플랜지(313)를 포함한다.
쿨링 핀(310)은 복수 개로 구비되고, 복수의 쿨링 핀(310)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(320)의 상부에 일 방향으로 상호 간 벽면(312)이 나란하게 기립 배치될 수 있다.
그리고 복수의 쿨링 핀(310)들 사이에는 셀 카트리지(200)들이 기립 배치될 수 있다. 이를테면, 도 3과 같이, 셀 카트리지(200)들은 위에서 아래로 끼워지는 방식으로 쿨링 핀(310)들 사이 공간에 배치될 수 있다. 이때, 셀 카트리지(200)의 중앙 부분이 비어 있음으로 배터리 셀(100)들의 일면과 쿨링 핀(310)의 벽면(312)이 자연스럽게 접촉될 수 있다. 이와 같이, 파우치 외장재의 넓은 일면과 쿨링 핀(310)의 벽면(312)이 면접촉되기 때문에, 배터리 셀(100)에서 충방전 시 발생되는 열이 쿨링 핀(310)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)는 쿨링 플레이트(320)와 접촉 배치되는 부분이다. 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)와 쿨링 플레이트(320)를 본딩(bonding) 또는 용접(welding)시킴으로써 이들 간의 열 접촉 저항을 낮출 수 있다.
특히, 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)는 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322)을 통해 쿨링 플레이트(320)의 하면에 접촉 배치될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
또한, 쿨링 핀(310)의 양쪽 단부에는 카트리지 조립 가이드부(311)가 마련될 수 있다. 카트리지(200) 조립 가이드부(311)는 쿨링 핀(310)의 안쪽으로 꺽어진 형태 또는 벤딩된 형태일 수 있다. 그리고 셀 카트리지(200)에는 쿨링 핀(310)에 삽입되는 방향으로 슬롯(230)이 더 구비될 수 있다. 상기 슬롯(230)과 카트리지 조립 가이드부(311)가 서로 슬라이드 결합됨으로써, 셀 카트리지(200)는 쿨링 핀(310)들 사이 공간에 삽입되어 고정될 수 있다.
이러한 쿨링 핀(310)은 금속 소재로 마련되는 것이 바람직하다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 구리, 금, 은도 가능하다. 금속이외의 질화알루미늄, 탄화규소와 같은 세라믹 물질도 가능하다.
쿨링 플레이트(320)는 판상체 형태로, 복수의 쿨링 핀(310)과 배터리 셀(100)들이 기립 배치되는 장소를 제공한다.
쿨링 플레이트(320)는 평평한 상면에 대해 볼록하게 돌출 형성된 복수의 돌출부(321)를 구비한다. 상기 복수의 돌출부(321)는 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 등 간격으로 마련될 수 있다.
이러한 돌출부(321)들 사이에 셀 카트리지(200)들이 기립되게 배치될 수 있다. 이때, 돌출부(321)들 사이 간격은 셀 카트리지(200)의 하단 너비에 대응될 수 있다. 따라서 셀 카트리지(200)의 하단은 양쪽 돌출부(321)의 사이드(side)에 의해 지지될 수 있다.
이와 같이 요철 구조를 갖는 쿨링 플레이트(320)는 셀 카트리지(200) 조립시 셀 카트리지(200)의 고정력을 높이는데 유리할 수 있다.
또한, 돌출부(321)는 쿨링 플레이트(320)의 아래로 케이블(미도시)이 배선될 수 있도록 공간을 제공할 수 있다. 즉, 각종 케이블들이 돌출부(321) 아래 공간을 통해 배선될 수 있으므로 케이블 배선이 쉬워지고, 케이블이 외부로 노출되지 않으므로 케이블 손상을 방지할 수 있다.
또한, 쿨링 플레이트(320)는 표면이 평평한 경우보다, 열을 흡수할 수 있는 단면적이 더 넓으므로 열용량이 더 커질 수 있다. 따라서 이러한 쿨링 플레이트(320)는 배터리 셀(100)들로부터 보다 많은 양의 열을 흡수하고 방열시킬 수 있다.
이러한 쿨링 플레이트(320)는 쿨링 핀(310)과 동일 또는 유사한 열 전도성 금속 판재로 마련될 수 있다.
한편, 쿨링 플레이트(320)의 하부에는 히트 싱크(400)가 더 구비될 수 있다. 히트 싱크(400)는 쿨링 플레이트(320)를 냉각시키는 역할을 한다. 여기서 히트 싱크(400)는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 예컨대, 히트 싱크(400)는 내부에 유로를 포함하는 중공 구조로 구성될 수 있고, 내부 유로에는 냉각수, 냉각 가스, 공기 등의 냉매가 흐를 수 있다.
이어서, 상기 복수의 쿨링 핀(310)들과 쿨링 플레이트(320)의 결합 구조에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 복수의 쿨링 핀(310)들은 2개의 쿨링 핀(310)을 한 조로 하여 구성될 수 있다. 한 조의 쿨링 핀(310)은 어느 하나의 돌출부(321) 위에 서로 벽면(312)들이 맞닿아 기립 배치되고, 각각의 하단 플랜지(313)들은 서로 대칭되는 방향으로 연장되고, 돌출부(321)를 감싸도록 배치될 수 있다. 물론, 상기 한 조의 쿨링 핀(310)은 일체로 제작될 수도 있다.
쿨링 플레이트(320)는 미리 결정된 위치들 마다 복수의 슬릿(322)들을 구비한다. 여기서 미리 결정된 위치들은, 돌출부(321)를 기준으로 돌출부(321)의 좌측과 우측 경계 라인 부분일 수 있다. 그리고 슬릿(322)은 상기 하단 플랜지(313)가 억지 끼움될 수 있을 정도로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 쿨링 핀(310)과 쿨링 플레이트(320) 사이에 틈새를 최대한 줄일 수 있도록 한다.
쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322)을 통과해 쿨링 플레이트(320)의 하면에 접촉 배치된다. 그리고 각 조의 쿨링 핀(310)들은 이웃한 조의 쿨링 핀(310)들과 쿨링 플레이트(320)의 하면에서 각각 하단 플랜지(313)들의 말단부(E)가 서로 맞닿도록 배치된다. 이를테면, 하단 플랜지(313)의 말단부(E)가 펴져 있는 상태의 쿨링 핀(310)을 준비한다. 그리고 상기 하단 플랜지(313)의 말단부(E)를 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322)에 통과시킨 다음, 쿨링 플레이트(320)의 하면에 나란하게 절곡시키고, 이를 본딩 또는 용접시킴으로서, 상기 하단 플랜지(313)의 말단부(E)를 쿨링 플레이트(320)의 하면에 고정시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)와 쿨링 플레이트(320) 간의 결합 구조에 의하면, 쿨링 핀(310)과 쿨링 플레이트(320) 간의 밀착력이 종래 보다 강화될 수 있다. 따라서 쿨링 핀(310)과 쿨링 플레이트(320) 간의 열 접촉 저항이 낮아져 열 전도율이 높아질 수 있다.
특히, 배터리 셀(100)의 스웰링(swelling) 시 배터리 셀(100)의 팽창 압력으로 인해, 쿨링 핀(310)의 벽면(312)이 변형되어 부풀어 오르더라도, 적어도 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313) 부분은 쿨링 플레이트(320)의 하면에 밀착된 상태를 계속 유지할 수 있다.
이러한 경우, 배터리 셀(100)의 스웰링 시에도 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)와 쿨링 플레이트(320) 간의 접촉이 유지될 수 있어 배터리 모듈(10)의 냉각 성능이 저하되지 않음으로 배터리 셀(100)의 스웰링(swelling)이 더욱 심화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)의 말단부(E)는 쿨링 플레이트(320)와 히트 싱크(400) 사이에 배치될 수 있다. 이를테면, 도 6에 도시된 바와 같이, 쿨링 핀(310)은 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)의 말단부(E)가 쿨링 플레이트(320)의 하면과 히트 싱크(400)의 상면 사이에 배치됨으로써 쿨링 플레이트(320) 및 히트 싱크(400)와 접촉이 더욱 안정적일 수 있다.
더욱이 이러한 경우, 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)의 말단부(E)가 히트 싱크(400)에 직접적으로 닿게 됨으로, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿨링 핀과 쿨링 플레이트의 결합 전과 후를 개략적으로 나타낸 부분 사시도이고, 도 9는, 도 7의 쿨링 플레이트의 일 부분을 나타낸 평면도이다.
이어서 이들 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명한다. 전술한 실시예의 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿨링 핀(310)의 하단 플랜지(313)는, 쿨링 핀(310)의 길이 방향을 따라 여러 갈래로 나뉘어진 복수 개의 단위 하단 플랜지(313a~313e)를 포함한다. 그리고 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322a~322e)들은 상기 단위 하단 플랜지(313)들과 각각 일대일 대응되도록 구성된다.
이를테면, 본 실시예의 쿨링 플레이트(320)의 슬릿(322a~322e)들은, 도 9와 같이, 세로 방향(쿨링 핀(310)들의 배열 방향)뿐만 아니라 가로 방향으로 분할된 형태로 마련될 수 있다. 그리고 하나의 쿨링 핀(310)은 하단 플랜지(313)의 말단부(E)가 여러 갈래로 절개됨으로써 복수 개의 단위 하단 플랜지(313a~313e)를 구비한다. 상기 단위 하단 플랜지(313a~313e)는 가로 방향으로 분할된 해당 슬릿(322a~322e)에 개별적으로 억지 끼움될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 가로 방향으로 슬릿(322)이 분할되어 있지 않은 경우에 비해, 쿨링 플레이트(320)의 기계적 강성이 높아질 수 있다. 따라서 본 실시예의 배터리 모듈(10)이 외부 충격이나 진동에 노출되더라도 쿨링 플레이트(320)와 쿨링 핀(310)들 간의 결합력과 접촉성이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.
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.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 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.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀
200: 셀 카트리지 210: 제1 프레임
220: 제2 프레임 300: 로워 하우징
310: 쿨링 핀 311: 조립 가이드부
312: 벽면 313: 하단 플랜지
313(a~e): 단위 하단 플랜지 320: 쿨링 플레이트
321: 돌출부 322: 슬릿
400: 히트 싱크

Claims (15)

  1. 판상체 형태로 마련되고 미리 결정된 위치들 마다 복수의 슬릿들을 구비하는 쿨링 플레이트;
    상기 쿨링 플레이트의 상부에 일 방향으로 상호 간 나란하게 기립 배치되는 복수의 배터리 셀들;
    상기 배터리 셀의 일면과 접하도록 상기 쿨링 플레이트의 상부에 기립 배치되는 벽면과, 상기 벽면과 일체로 형성되고 상기 쿨링 플레이트의 슬릿을 통과해 상기 쿨링 플레이트의 하면에 접촉 배치되는 하단 플랜지를 구비하고, 상호 간 소정 간격 이격되어 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배열되는 복수의 쿨링 핀들; 및
    상기 쿨링 플레이트의 하부에 대면 배치되고, 내부에 냉매가 흐르는 유로가 형성된 중공 구조의 히트 싱크를 포함하며,
    상기 쿨링 핀의 하단 플랜지는, 적어도 일 부분이 상기 쿨링 플레이트의 하면과 상기 히트 싱크의 상면 사이에 배치되어 상기 쿨링 플레이트의 하면과 상기 히트 싱크의 상면에 모두 접촉되고,
    상기 하단 플랜지는 상기 벽면의 하단부로부터 상기 쿨링 플레이트를 향해 연장되되 서로 멀어지는 방향을 따라 양 갈래로 연장된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하며,
    상기 제1 부분 및 제2 부분 각각은, 서로 다른 상기 슬릿을 통과해 서로 반대 방향으로 절곡되어 상기 쿨링 플레이트의 하면과 상기 히트 싱크의 상면 사이에 개재되어 상기 쿨링핀이 상기 쿨링 플레이트 상에서 고정되도록 하고,
    상기 복수의 쿨링 핀들은 상기 벽면이 서로 맞닿아 기립 배치되는 2개의 쿨링 핀을 한 조로 하여 구성되고 한 조의 쿨링 핀은 상기 벽면이 배터리 셀의 일 면과 접하도록 서로 인접한 배터리 셀 사이에 개재되며,
    상기 쿨링 플레이트는 평평한 상면에 대해 볼록하게 돌출 형성된 복수의 돌출부를 구비하고, 상기 복수의 돌출부는 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 등 간격으로 마련되며,
    맞닿은 한 조의 쿨링 핀 각각의 하단 플랜지에 해당하는 상기 제1 부분 및 제2 부분은 서로 반대 방향으로 연장되어 상기 돌출부의 상면을 완전히 감싸고,
    상기 슬릿은 상기 쿨링 플레이트의 평평한 상면의 양측 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 핀의 하단 플랜지는, 상기 쿨링 핀의 길이방향을 따라 여러 갈래로 나뉘어진 복수 개의 단위 하단 플랜지를 포함하며,
    상기 쿨링 플레이트의 슬릿들은 상기 단위 하단 플랜지들이 개별적으로 통과되도록 상기 단위 하단 플랜지들 각각과 일대일 대응되게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    서로 이웃한 한 조의 쿨링 핀들은,
    상기 쿨링 플레이트의 하면에서, 각각 상기 하단 플랜지들의 끝단이 서로 맞닿도록 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트와 상기 복수의 쿨링 핀들은 상호 간 본딩(bonding) 또는 용접(welding)되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트 및 상기 쿨링 핀은 열전도성 금속 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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