KR102045461B1 - Battery module and electronic vehicle using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각 효율이 향상된 전기 자동차용 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 바닥과 측벽들을 구비하는 카트리지, 복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 분리막을 구비하고, 상기 카트리지의 내측에 수용되는 셀 어셈블리, 상기 카트리지의 하측에 배치되는 방열판, 상기 카트리지 및 상기 방열판을 감싸고 외관을 형성하는 케이스 및 상기 카트리지 및 상기 방열판의 표면에 코팅되는 방열 코팅층을 포함하고, 상기 카트리지와 상기 케이스 사이, 상기 방열판과 상기 케이스 사이에 각각 에어 갭이 형성되도록, 상기 카트리지 및 상기 방열판 각각은 상기 케이스와 이격되어 배치되고, 상기 방열 코팅층은, 상기 카트리지의 내면 및 외면과 상기 방열판의 양면에 각각 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다. 본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 방열 성능을 증가시키는 방열 코팅층은 그 두께가 매우 얇기 때문에 배터리의 부피에 영향을 주지 않는다. 이를 통해, 본 발명은 배터리의 부피를 증가시키지 않고, 배터리의 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다.The present invention relates to a battery module for an electric vehicle with improved cooling efficiency. The present invention includes a cartridge having a bottom and sidewalls, a plurality of battery cells, at least one battery separator disposed between the plurality of battery cells, a cell assembly accommodated inside the cartridge, and a lower side of the cartridge. A heat dissipation plate disposed therein, a case surrounding the cartridge and the heat dissipation plate to form an appearance, and a heat dissipation coating layer coated on surfaces of the cartridge and the heat dissipation plate; Each of the cartridge and the heat dissipation plate is disposed to be spaced apart from the case, and the heat dissipation coating layer is provided on the inner and outer surfaces of the cartridge and on both sides of the heat dissipation plate. According to the present invention, the heat dissipation coating layer that increases the heat dissipation performance of the battery module does not affect the volume of the battery because its thickness is very thin. Through this, the present invention can improve the cooling efficiency of the battery without increasing the volume of the battery.
Description
본 발명은 냉각 효율이 향상된 전기 자동차용 배터리 모듈 및 이를 이용한 전기 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module for an electric vehicle with improved cooling efficiency and an electric vehicle using the same.
일반적으로 자동차는 원동기를 동력원으로 하여 주행하고 사람이나 화물을 운반하거나 각종 작업을 하는 기계를 말한다. 상기 자동차는 원동기의 종류에 따라 분류할 수 있다. 상기 자동차는 가솔린 기관을 원동기로 하는 가솔린 자동차와, 디젤 기관을 원동기로 하는 디젤 자동차와, 액화 석유가스를 연료로 하는 LPG차와, 가스 터빈을 원동기로 하는 가스 터빈 자동차와, 모터를 원동기로 하고 배터리에 충전된 전기를 사용하는 전기 자동차(EV,Electric Vehicle)로 분류할 수 있다. 가솔린, 디젤, LPG 등의 화석 연료를 사용하는 자동차의 경우, 배기 가스로 인한 환경오염과 석유 자원의 고갈을 일으켜 그 대안으로 전기를 동력으로 움직이는 전기 자동차가 대두되고 있다.In general, a vehicle is a machine that drives with a prime mover, carries people or cargo, or performs various tasks. The automobile can be classified according to the type of prime mover. The motor vehicle includes a gasoline car driven by a gasoline engine, a diesel car driven by a diesel engine, an LPG car fueled by liquefied petroleum gas, a gas turbine car driven by a gas turbine, and a motor driven motor. It can be classified as an electric vehicle (EV) using electricity charged in a battery. In the case of automobiles using fossil fuels such as gasoline, diesel, and LPG, electric vehicles driven by electricity are emerging as alternatives, causing environmental pollution and exhaustion of petroleum resources due to exhaust gas.
전기 자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 얻는 구동 모터를 이용함으로써, 가솔린이나 디젤 등의 화석연료를 이용하여 동력을 얻는 엔진에 비해 이산화탄소의 배출이 없으므로 친환경 자동차로 각광받고 있다. 최근 들어 치솟는 유가와 배기가스 규제 강화가 전기 자동차 개발의 속도를 빠르게 하고 있으며, 시장 규모도 급성장 중이다.Electric vehicles are attracting attention as eco-friendly vehicles because they do not emit carbon dioxide as compared to engines powered by fossil fuels such as gasoline or diesel by using a driving motor that receives power from a battery. In recent years, soaring oil prices and tightening emission regulations have accelerated the development of electric vehicles, and the market is growing rapidly.
한편, 배터리를 충전 및 방전할 때에는 열이 발생되는데, 상기 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 냉각시스템에 대한 연구가 진행되고 있다. 배터리 냉각 방식은 크게, 공기 냉각 방식 및 냉매 냉각 방식으로 나뉜다.On the other hand, heat is generated when the battery is charged and discharged, and research on a cooling system capable of effectively dissipating the heat is being conducted. The battery cooling method is largely divided into an air cooling method and a refrigerant cooling method.
공기 냉각 방식의 경우, 외부 공기를 배터리 셀 사이로 흐르게 하여 배터리 셀들을 냉각시키는 방식이다. 종래에는 공기 냉각 효율을 높이기 위해 배터리 모듈로 유입되는 공기의 온도를 낮추기 위한 장치들이 사용되어 왔다. 이때, 유입되는 공기와 외부 온도의 차이가 크지 않기 때문에 상기 장치들로 인한 방열효과가 크지 않으며, 상기 장치들로 인하여 배터리의 부피가 커지는 단점이 있었다.In the case of an air cooling method, external air flows between battery cells to cool the battery cells. Conventionally, devices for lowering the temperature of the air flowing into the battery module have been used to increase the air cooling efficiency. At this time, since the difference between the incoming air and the outside temperature is not large, the heat dissipation effect due to the devices is not large, and the devices have a disadvantage of increasing the volume of the battery.
한편, 냉매 냉각 방식의 경우, 배터리 모듈에 냉매가 흐르는 냉매관을 삽입하여 냉각하는 방식이다. 일반적으로, 냉매관은 열전도율이 높은 금속 소재로 이루어진다. 이 때문에, 배터리 셀과 냉매관 사이의 절연을 위하여 절연층이 배치되어야 한다. 절연층은 열전도율이 낮기 때문에, 냉각 효율을 감소시키는 요인이 된다. 종래에는 절연층에 부분적으로 열전도 코팅을 수행하여, 상술한 냉각 효율 감소를 방지하였다. 그러나, 상기 코팅으로 인하여 배터리 모듈의 제조과정이 복잡해지는 반면, 상기 코팅으로 인한 냉각 효율 증가 효과는 크지 않다는 단점이 있었다. On the other hand, in the case of the refrigerant cooling system, a refrigerant tube through which a refrigerant flows is inserted into the battery module and cooled. In general, the refrigerant pipe is made of a metal material having high thermal conductivity. For this reason, an insulation layer should be arranged for insulation between the battery cell and the refrigerant pipe. Since the insulating layer has low thermal conductivity, it becomes a factor of reducing the cooling efficiency. In the related art, a thermally conductive coating is partially applied to the insulating layer to prevent the above-mentioned reduction in cooling efficiency. However, the coating has a disadvantage in that the manufacturing process of the battery module is complicated, but the effect of increasing the cooling efficiency due to the coating is not large.
본 발명은 냉매 냉각 방식으로 배터리 모듈을 냉각함에 있어서, 추가적인 부품을 추가하지 않고, 배터리의 부피를 증가시키기 않으면서 냉각 효율을 최대화할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a battery module capable of maximizing cooling efficiency without adding additional parts and cooling the battery module in a refrigerant cooling method without adding additional components.
또한, 본 발명은 냉매 냉각 방식으로 배터리 모듈을 냉각함에 있어서, 간단한 제조방법으로 냉매 냉각 효율을 최대화할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a battery module that can maximize the cooling efficiency of the refrigerant in a simple manufacturing method in cooling the battery module by the refrigerant cooling method.
또한, 본 발명은 냉매 냉각 효율이 향상된 전기 자동차를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an electric vehicle with improved refrigerant cooling efficiency.
냉각 효율을 향상시키기 위해, 본 발명은 배터리 모듈들 사이에 형성되는 에어 갭과 방열 코팅층을 이용한다. 구체적으로, 냉매 냉각 방식의 냉각 효율을 향상시키기 위해, 본 발명은 배터리 모듈들 사이에 형성되는 에어 갭과 방열 코팅층을 이용한다.In order to improve the cooling efficiency, the present invention utilizes an air gap and a heat dissipation coating layer formed between the battery modules. Specifically, in order to improve the cooling efficiency of the refrigerant cooling method, the present invention uses an air gap and a heat dissipation coating layer formed between the battery modules.
구체적인 실시 예에 따르면, 본 발명은 바닥과 측벽들을 구비하는 카트리지, 복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 분리막을 구비하고, 상기 카트리지의 내측에 수용되는 셀 어셈블리, 상기 카트리지의 하측에 배치되는 방열판, 상기 카트리지 및 상기 방열판을 감싸고 외관을 형성하는 케이스 및 상기 카트리지 및 상기 방열판의 표면에 코팅되는 방열 코팅층을 포함하고, 상기 카트리지와 상기 케이스 사이, 상기 방열판과 상기 케이스 사이에 각각 에어 갭이 형성되도록, 상기 카트리지 및 상기 방열판 각각은 상기 케이스와 이격되어 배치되고, 상기 방열 코팅층은, 상기 카트리지의 내면 및 외면과 상기 방열판의 양면에 각각 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.According to a specific embodiment of the present invention, a cell assembly including a cartridge having a bottom and sidewalls, a plurality of battery cells, and at least one battery separator disposed between the plurality of battery cells, and housed inside the cartridge And a heat dissipation plate disposed under the cartridge, a case surrounding the cartridge and the heat dissipation plate to form an exterior, and a heat dissipation coating layer coated on a surface of the cartridge and the heat dissipation plate. Between the cartridge and the case, the heat dissipation plate and the The cartridge and the heat sink are each spaced apart from the case so that an air gap is formed between the cases, and the heat dissipation coating layer is coated on the inner and outer surfaces of the cartridge and both surfaces of the heat sink, respectively. Provide a module.
상기 카트리지 및 상기 방열판과 케이스를 소정 거리 이격시킴으로써, 에어 갭이 형성되며, 상기 에어 갭은 상기 방열 코팅층 표면에 형성되어, 빠른 공랭을 유도한다.By separating the cartridge and the heat sink and the case by a predetermined distance, an air gap is formed, and the air gap is formed on the surface of the heat dissipation coating layer, inducing rapid air cooling.
한편, 상기 방열 코팅층은 배터리 셀과 냉매관 사이에 배치되는 카트리지 및 방열판 표면에 코팅된다. 상기 방열 코팅층은 배터리 셀에서 발생된 열을 빠르게 냉매관으로 전달한다.On the other hand, the heat dissipation coating layer is coated on the surface of the cartridge and the heat sink disposed between the battery cell and the refrigerant pipe. The heat dissipation coating layer quickly transfers heat generated from the battery cell to the refrigerant pipe.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 상기 카트리지 및 상기 방열판 사이에 배치되는 서멀패드를 더 포함할 수 있는데, 이는 상기 카트리지 및 상기 방열판 사이에 공기가 유입되는 것을 방지함으로써, 열저항이 증가하는 것을 방지한다.In one embodiment, the present invention may further include a thermal pad disposed between the cartridge and the heat sink, which prevents air from flowing between the cartridge and the heat sink, thereby preventing heat resistance from increasing. do.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 에어 갭이 형성되도록, 상기 카트리지 및 상기 방열판 중 적어도 하나와 상기 케이스 사이에 배치되는 고정부재를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the present invention may further include a fixing member disposed between at least one of the cartridge and the heat sink and the case so that an air gap is formed.
본 발명에 포함된, 방열 코팅층은 배터리 셀에서 발생된 열을 빠르게 외부로 방출한다. 방열 코팅층에 의하여 방출된 열은 에어 갭에 의하여 빠르게 공냉 된다. 이를 통해, 방열 코팅층과 에어 갭은 배터리 모듈의 공기 냉각 효율을 향상시킨다. 여기서, 방열 코팅층은 매우 얇은 두께로 형성되기 때문에, 배터리 모듈들을 구성하는 부품의 부피를 증가시키지 않는다. The heat dissipation coating layer included in the present invention quickly releases heat generated in the battery cell to the outside. The heat released by the heat dissipation coating layer is rapidly cooled by the air gap. Through this, the heat dissipation coating layer and the air gap improve the air cooling efficiency of the battery module. Here, since the heat dissipation coating layer is formed to a very thin thickness, it does not increase the volume of the components constituting the battery modules.
한편, 본 발명에 따른 방열 코팅층은 배터리 셀에서 발생된 열을 빠르게 냉매관으로 전달한다. 여기서, 방열 코팅층은 배터리 모듈을 조립하기 전, 개별 부품 제조단계에서 코팅 공정을 추가함으로써 형성될 수 있기 때문에, 상기 코팅층을 추가적으로 구성하더라도 제조공정이 크게 복잡해지지 않는다. 이를 통해, 본 발명은 배터리 모듈의 제조과정을 간단하게 하면서, 냉매 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, the heat dissipation coating layer according to the present invention quickly transfers the heat generated from the battery cell to the refrigerant pipe. Here, since the heat dissipation coating layer may be formed by adding a coating process in individual component manufacturing steps before assembling the battery module, even if the coating layer is additionally configured, the manufacturing process is not complicated. Through this, the present invention can simplify the manufacturing process of the battery module, it is possible to improve the refrigerant cooling efficiency.
종합적으로, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함된 방열 코팅층은 공기 및 냉매로의 열전달 속도 및 접촉면적을 향상시킴으로써, 냉매 냉각법에 의한 냉각효율을 향상시킨다. 배터리의 부피를 증가시키지 않고도 냉각 효율을 높일 수 있기 때문에, 전기 자동차를 경량화 하거나, 전기 자동차의 크기를 축소할 수 있게 된다.Overall, the heat dissipation coating layer included in the battery module according to the present invention improves the heat transfer rate and the contact area to the air and the refrigerant, thereby improving the cooling efficiency by the refrigerant cooling method. Since the cooling efficiency can be increased without increasing the volume of the battery, it is possible to lighten the electric vehicle or reduce the size of the electric vehicle.
도 1은 종래 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 라인 A-A'를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 라인 B-B'를 따라 취한 단면도이다.
도 5는 병렬식 냉매 냉각 방법을 나타내는 개념도이다.
도 6은 직렬식 냉매 냉각 방법을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a perspective view showing a conventional battery module.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
3 is a perspective view showing a battery module according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3.
5 is a conceptual diagram illustrating a parallel refrigerant cooling method.
6 is a conceptual diagram illustrating a tandem refrigerant cooling method.
7 is a block diagram schematically showing an internal configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
본 발명에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명하기에 앞서 종래 배터리 모듈에 대하여 설명한다. Prior to describing the battery module according to the present invention, a conventional battery module will be described.
도 1은 종래 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 라인 A-A'를 따라 취한 단면도이다.1 is a perspective view showing a conventional battery module, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
도 1을 참조하면, 종래 배터리 모듈(100)은 일정한 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 배터리 셀(110) 및 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 배터리 분리막(120)으로 이루어지는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리를 감싸는 하우징(130)으로 이루어진다. Referring to FIG. 1, a
도 1에 따른 배터리 모듈(100)은 공기 냉각 시스템에 의하여 냉각될 수 있다. 구체적으로, 외부 공기를 배터리 셀(110) 사이로 흐르게 하여 배터리 셀(110)들을 냉각시킬 수 있다. 공기 냉각 효율을 높이기 위해 배터리 모듈(100)로 유입되는 공기의 온도를 낮추기 위한 장치들이 사용될 수 있는데, 유입되는 공기와 외부 온도의 차이가 크지 않기 때문에 상기 장치들로 인한 방열효과가 크지 않으며, 상기 장치들로 인하여 배터리의 부피가 커지는 단점이 있다.The
한편, 종래 배터리 모듈(100)은 냉매 냉각 방식에 의하여 냉각될 수 있다. 구체적으로, 배터리 모듈(100)에는 배터리 셀(110)들을 냉각시키기 위한 방열판(150) 및 냉매관(160)들이 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 셀 어셈블리 하측에는 절연층(140)이 배치되고, 절연층 하면에 방열판(150)이 배치될 수 있다. 또한, 방열판(150) 하면에는 냉매관(160)이 배치될 수 있다. 배터리 셀(110)들은 냉매관(160)에 흐르는 냉매에 의하여 냉각된다. Meanwhile, the
여기서, 방열판(150) 및 냉매관(160)은 빠른 열전달을 위해 열전도율이 높은 금속소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 방열판(150) 및 냉매관(160)을 이루는 소재는 알루미늄일 수 있다. 이러한 금속소재는 전기전도도 또한 높기 때문에 배터리 셀(110)과 방열판(150) 사이에는 절연층(140)이 배치되어야 한다.Here, the
도 2와 같이, 방열판과 셀 어셈블리 사이에는 절연층(140)이 배치되거나, 하우징(130) 자체가 절연물질로 이루어질 수 있다. 절연 물질로 이루어지는 하우징 및 절연층은 열전도율이 낮기 때문에, 배터리 셀에서 발생된 열이 방열판으로 빠르게 전달되지 못하는 문제가 있다. As illustrated in FIG. 2, an insulating
이를 해결 하기 위해, 배터리 셀과 방열판의 접촉부위에 선택적으로 절연기능과 방열기능을 동시에 수행하는 층이 형성될 수 있지만, 상기 층은 배터리 셀의 극히 일부분과 접촉하기 때문에 배터리 셀의 온도를 효과적으로 감소시키기 못할 뿐만 아니라, 상기 층으로 인해 배터리 모듈의 제조과정이 복잡해지는 단점이 있다.In order to solve this problem, a layer may be formed at the contact portion between the battery cell and the heat sink to selectively perform insulation and heat dissipation functions simultaneously, but since the layer contacts only a part of the battery cell, the temperature of the battery cell is effectively reduced. Not only this, but also the layer has a disadvantage that the manufacturing process of the battery module is complicated.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 냉매 냉각 방식으로 배터리 셀들을 냉각함에 있어서, 상술한 문제들을 해결한다. 이하에서는, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 대하여 구체적으로 설명한다.The battery module according to the present invention solves the above problems in cooling the battery cells in a refrigerant cooling manner. Hereinafter, a battery module according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은 셀 어셈블리(210 및 220), 카트리지(230), 서멀패드(240), 방열판(250), 냉매관(260), 케이스(280) 및 방열 코팅층(270)을 포함하여 이루어진다. 다만, 이에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상술한 구성요소보다 많거나 적은 구성요소를 포함하여 이루어질 수 있다.The
이하에서는, 상술한 구성요소에 대하여 설명한다.Hereinafter, the above components will be described.
먼저, 셀 어셈블리는 일 방향을 따라 나란하게 배치되는 복수의 배터리 셀(210)과, 상기 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 분리막(220)을 포함하여 이루어진다. First, the cell assembly includes a plurality of
카트리지(230)는 바닥(232) 및 바닥(232)으로부터 돌출되는 측벽(231)들을 구비하고, 카트리지(230) 내측에는 셀 어셈블리가 수용된다. 본 명세서에서, 카트리지(230) 내측을 이루는 면을 내면이라 하고, 상기 내면과 반대면을 외면이라 한다. The
카트리지(230)는 절연 플라스틱 소재로 이루어질 수 있으며, 배터리 셀들을 보호함과 동시에 절연기능을 수행한다. 카트리지(230)는 배터리 모듈(200)을 구성하는 구성요소들 중 배터리 셀과의 접촉면이 가장 넓다. 따라서 카트리지(230)가 방열기능을 수행하는 경우, 효과적으로 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있게 된다.The
이를 위해, 카트리지(230)의 표면에는 방열 코팅층(270)이 코팅될 수 있다. 여기서, 방열 코팅층(270)은 20 내지 100㎛로 형성될 수 있다. 여기서, 방열 코팅층(270)의 두께가 20㎛ 미만인 경우, 코팅층으로 인한 방열 효과가 미비하고, 100㎛를 초과하는 경우, 코팅층에 포함된 수지로 인하여 열전도율이 감소한다. To this end, the heat
한편, 방열 코팅층(270)은 카트리지(230)의 내면 및 외면에 각각 형성될 수 있다. 구체적으로, 방열 코팅층(270)은 상기 바닥의 양면(232a 및 232b) 및 상기 측벽들의 양면(231a 및 231b)에 각각 코팅될 수 있다. 나아가, 방열 코팅층(270)은 카트리지(230)의 전면(全面)에 코팅될 수 있다. 이를 통해, 배터리 셀(210)에서 발생된 열은 카트리지(270)의 표면을 따라 빠르게 외부로 방출될 수 있다. Meanwhile, the heat
여기서, 방열 코팅층(270)은 배터리 모듈을 조립하기 전에 코팅될 수 있다. 이에 따라, 방열 코팅층(270)은 카트리지(230) 표면 전체에 코팅될 수 있다. 코팅 방법으로는 스프레이 코팅, 스크린 프린팅 방식 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 물체 표면에 균일하게 코팅할 수 있는 모든 코팅 방법이 수행될 수 있다.Here, the heat
한편, 방열 코팅층(270)을 이루는 물질은 수지와 열전도성 필러의 혼합물이다. 여기서, 열전도성 필러는 배터리 셀(110)에서 방출된 열을 빠르게 외부로 방출시키는 역할을 한다. On the other hand, the material constituting the heat
한편, 수지는 내열성이 높은 것이 바람직하다. 방열 코팅층(270)이 내열성 수지를 포함하여 이루어지는 경우, 코팅층 형성단계에서 고온으로 가열하여 코팅층에 형성되는 기포를 제거할 수 있게 된다. 예를 들어, 수지의 내열성은 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that resin is high in heat resistance. When the heat
한편, 상기 카트리지 외측에는 냉매관(260)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 카트리지(230) 외측 하단에는 냉매관(260)이 배치될 수 있으며, 배터리 셀(210)에서 발생된 열은 냉매관(260)을 거쳐 냉매관(260)을 흐르는 냉매로 전달된다. 냉매관(260)은 빠른 열전달은 위해 열전도율이 높은 금속 소재로 이루어진다. 예를 들어, 냉매관(260)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, a
한편, 카트리지(230)와 냉매관(260) 사이에는 방열판(250)이 배치될 수 있다. 방열판(250)은 카트리지(230)로부터 전달된 열을 냉매관(260)으로 전달하는 역할을 한다. 방열판(250)은 열전도율이 높은 금속 소재로 이루어진다. 예를 들어, 방열판(250)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, a
방열판(250) 표면에는 상술한 방열 코팅층(270)이 형성될 수 있다. 방열 코팅층(270)은 방열판 상면 및 하면에 각각 형성될 수 있다. 방열 코팅층(270)은 서멀패드(240)에서 방열판(250)으로의 열전달 속도 및 금속판(250)에서 냉매관(260)으로의 열전달 속도를 높인다. The heat
방열판(250) 표면에 형성되는 방열 코팅층(270)의 코팅 방법, 두께 및 방열 코팅층(270)을 이루는 물질은 카트리지(230)에 코팅되는 방열 코팅층(270)과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 방열판(250) 뿐만 아니라, 냉매관(260) 표면에도 방열 코팅층(270)이 코팅될 수 있으며, 이를 통해, 열전달 속도를 높일 수 있다.Since the coating method, thickness, and material of the heat
한편, 카트리지(230)의 외면을 냉각시키는 경우, 배터리 셀에서 발생된 열이 빠르게 외부로 방출될 수 있다. 이를 위해, 카트리지(230)의 하측에는 서멀패드(240)가 배치될 수 있다.On the other hand, when cooling the outer surface of the
서멀패드(240)는 방열판(250)과 카트리지(230) 사이에 배치되는 구성요소로, 카트리지(230)와 방열판(250) 사이에 유입되는 공기로 인한 열 저항을 감소시키는 역할을 한다. 이를 위해, 서멀패드(240)는 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 서멀패드(240)는 아크릴 소재로 이루어질 수 있다. The
한편, 서멀패드(240)는 그 표면이 접착물질로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 카트리지(230)와 방열판(250)을 접착시킬 수 있다.Meanwhile, the surface of the
한편, 배터리 모듈(200) 최외각에는 케이스(280)가 배치된다. 케이스(280)는 카트리지(230) 및 방열판(250)을 감싼다. 이때, 카트리지(230)와 케이스(280) 사이, 방열판(250)과 케이스(280) 사이에 각각 에어 갭이 형성되도록, 카트리지(230) 및 방열판(250) 각각과 케이스(280)는 이격된다. 상기 에어 갭은 배터리 셀(210)들을 공랭시킴으로써, 냉각 효율을 향상시킨다.Meanwhile, the
한편, 카트리지(230) 및 방열판(250) 각각과 케이스(280)간의 이격 거리는 8 내지 12mm 일 수 있다. 상기 이격 거리가 8mm 미만인 경우, 공랭 효과가 떨어질 수 있고, 12mm를 초과하는 경우, 배터리 모듈의 부피가 크게 증가할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다. Meanwhile, the separation distance between each of the
한편, 배터리 모듈(200)은 카트리지(230) 및 방열판(250) 각각을 케이스(280)와 이격시켜 고정하기 위한 고정부재를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the
예를 들어, 상기 고정부재는 카트리지(230)의 네 개의 측면에 각각 배치될 수 있으며, 케이스(280)와의 기계적 볼팅을 통해 고정된다. 추가적으로, 상기 고정부재는 방열판 하측에 배치되어, 방열판과 케이스를 일정 거리 이격시킬 수 있다.For example, the fixing members may be disposed on four sides of the
다른 예를 들어, 상기 고정부재는 방열판(250)으로부터 연장되어 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 방열판(250)는 방열판(250) 말단으로부터 연장되는 돌출부를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 돌출부는 방열판(250)의 하면과 수평하게 연장되는 수평 돌출부와 방열판(250)의 하면과 수직하게 연장되는 수직 돌출부로 이루어질 수 있다. 상기 수평 돌출부는 카트리지(230)의 측면을 케이스(280)로부터 일정거리 이격시키고, 상기 수직 돌출부는 방열판(250)을 케이스(280)로부터 일정 거리 이격시킨다. 상기 돌출부는 방열판(250)이 케이스(280) 내부에 조립된 후, 케이스(280)와 기계적으로 결합될 수 있다. 상술한 돌출부를 이용하면, 간단한 조립과정으로 케이스(280)와 카트리지(230) 및 방열판(250) 사이에 에어 갭을 형성할 수 있게 된다.For another example, the fixing member may be formed to extend from the heat sink (250). In detail, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 방열 코팅층을 통해 배터리셀에서 발생된 열이 빠르게 냉매관으로 전달될 수 있도록 하며, 케이스와 다른 구성요소들 사이에 에어 갭을 형성함으로써, 방열 코팅층을 통해 이동하는 열이 공랭될 수 있도록 한다.As described above, the battery module according to the present invention enables the heat generated from the battery cell to be quickly transferred to the refrigerant pipe through the heat dissipation coating layer, and by forming an air gap between the case and the other components, to form a heat dissipation coating layer Allow air to move through the air.
이상에서는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 구조에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 배터리 모듈에 냉매를 공급하는 방식에 대하여 설명한다. In the above, the structure of the battery module according to the present invention has been described. Hereinafter, a method of supplying a coolant to the battery module will be described.
냉매관(360)에는 냉매를 공급하는 냉매 공급부가 연결될 수 있는데, 냉매 공급부의 연결 방식에 따라 냉각효율이 달라질 수 있다.The coolant supply unit for supplying a coolant may be connected to the coolant pipe 360. The cooling efficiency may vary according to a connection method of the coolant supply unit.
도 5 및 도 6은 냉매 공급부의 냉매 공급 방식을 나타내는 개념도이다.5 and 6 are conceptual views illustrating a refrigerant supply method of a refrigerant supply unit.
냉매 공급부(300)의 냉매 공급 방식은 두 가지이다. 첫 번째는, 도 5와 같이, 병렬형 방식이다. 병렬형 방식에서, 냉매 공급부(300)는 복수의 배터리 모듈들에 개별적으로 냉매를 공급한다. 이에 따라, 어느 하나의 배터리 모듈을 통과한 냉매는 다른 배터리 모듈을 지나지 않는다. 이러한 방식은 모든 배터리 모듈에 최대로 냉각된 냉매를 공급할 수 있기 때문에 냉각 효율이 직렬형 방식에 비하여 높다. 다만, 병렬형 방식은 배터리 모듈들을 고정하기 위한 고정부재가 많이 필요하기 때문에, 배터리 시스템의 부피가 증가한다는 단점이 있다.There are two refrigerant supply methods of the
두 번째는 도 6과 같이, 직렬형 방식이다. 직렬형 방식에서, 냉매는 어느 하나의 배터리 모듈을 통과한 후, 인접한 다른 배터리 모듈을 통과한다. 냉매가 어느 하나의 배터리 모듈을 통과하는 경우, 온도가 증가하기 때문에 다른 하나에 대한 냉각 효율이 떨어진다. 이로 인하여, 직렬형 방식은 병렬형 방식과 비교할 때 냉각효율이 낮다. 다만, 직렬형 방식에서는 배터리 모듈들에 개별적으로 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급 부재가 필요 없기 때문에, 배터리 시스템의 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다. The second is a serial type, as shown in FIG. In a serial fashion, the refrigerant passes through one battery module and then through another adjacent battery module. When the refrigerant passes through one battery module, the cooling efficiency for the other is lowered because the temperature increases. For this reason, the serial type method has a low cooling efficiency compared with the parallel type method. However, since the serial type does not require a refrigerant supply member for individually supplying refrigerant to the battery modules, the volume of the battery system may be reduced.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 방열 코팅층을 이용하여, 냉매 냉각 효율을 향상시켰기 때문에 직렬형 방식으로도 충분한 냉각효과를 기대할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 이용하여 배터리 시스템을 구성할 경우, 배터리 시스템의 부피를 최소화 할 수 있게 된다.Since the battery module according to the present invention uses a heat dissipation coating layer to improve the cooling efficiency of the refrigerant, a sufficient cooling effect can be expected even in a serial type. Therefore, when configuring the battery system using the battery module according to the present invention, it is possible to minimize the volume of the battery system.
상술한 바와 같이, 배터리 모듈의 방열 성능을 증가시키는 방열 코팅층은 그 두께가 매우 얇기 때문에 배터리의 부피에 영향을 주지 않는다. 이를 통해, 본 발명은 배터리의 부피를 증가시키지 않고, 배터리의 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the heat dissipation coating layer that increases the heat dissipation performance of the battery module does not affect the volume of the battery because its thickness is very thin. Through this, the present invention can improve the cooling efficiency of the battery without increasing the volume of the battery.
또한, 본 발명에 따른 방열 코팅층은 배터리를 이루는 부품 제조단계에 코팅 공정만을 추가함으로써 형성될 수 있기 때문에, 간단한 제조방법으로 배터리의 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, since the heat dissipation coating layer according to the present invention can be formed by adding only a coating process to the component manufacturing step forming the battery, it is possible to improve the cooling efficiency of the battery by a simple manufacturing method.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함된 케이스는 공기와 방열 코팅층, 방열판 및 냉매관의 접촉면을 증가시킴으로써, 냉각효율을 향상시킨다. In addition, the case included in the battery module according to the present invention increases the contact surface between the air and the heat dissipation coating layer, the heat sink and the refrigerant pipe, thereby improving the cooling efficiency.
또한, 본 발명에 따른 방열 코팅층은 배터리 셀에서 발생된 열을 빠르게 냉매관으로 전달함으로써, 냉매 냉각법에 의한 냉각효율을 향상시킨다.In addition, the heat dissipation coating layer according to the present invention quickly transfers the heat generated from the battery cell to the refrigerant pipe, thereby improving the cooling efficiency by the refrigerant cooling method.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은 전기 자동차에 사용될 수 있다.On the other hand, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.7 is a block diagram schematically showing an internal configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(200), BMS(210), 제어부(220), 인퍼페이스부(230)를 포함하여 이루어진다. 배터리 모듈(200)은 외부로부터 공급되는 전원에 의해 충전되어, 고전압의 전기에너지를 저장하여, 자동차에 동작전원을 공급한다.As shown in FIG. 7, the electric vehicle according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
BMS(410, Battery management system)는 배터리 모듈(200)의 잔여용량을 체크하여 충전의 필요성을 판단하고, 배터리에 저장된 충전전류를 전기자동차의 각 부로 공급하는데 따른 관리를 수행한다. 또한, BMS(410)는 전류사용에 대한 관리를 통해 차량이 장시간 주행할 수 있도록 하고, 공급되는 전류에 대한 보호 회로를 포함한다.The battery management system (BMS) 410 checks the remaining capacity of the
이때, BMS(410)는 배터리를 충전하고 사용할 때, 배터리 모듈(200)내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어함으로써 배터리의 수명을 연장한다. BMS(410)는 배터리 모듈(200)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(210)에 연결되어, 각 배터리 셀(210)에 부여되는 부하에 따른 전압 밸런싱을 조절한다.In this case, when charging and using the battery, the
인터페이스부(430)는 운전자의 조작에 의해 소정의 신호를 입력하는 입력수단과, 전기 자동차의 현 상태와 관련된 화면정보를 출력하는 출력수단을 포함한다. 또한, 인터페이스부(430)는 스티어링 휠, 액셀러레이터, 브레이크와 같은 운전을 위한 조작수단을 포함한다. 이때 출력수단은 정보를 표시하는 디스플레이부, 음악, 효과음 및 경고음을 출력하는 스피커 그리고 각종 상태 등을 포함한다. 입력수단은 차량 주행에 따름 방향지시등, 테일램프, 헤드램프, 브러시 등의 동작을 위한 복수의 스위치, 버튼 등을 포함한다.The
제어부(420,VCU,vehicle control unit)는 BMS(410)를 통해 배터리 모듈(200)을 관리하고, 인터페이스부(230)의 입력에 대응하여 설정된 동작이 수행되도록 소정의 명령을 생성 및 인가하여 제어하고, 데이터의 입출력을 제어하여 가전기기의 동작상태가 표시되도록 한다.The
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.In addition, the above detailed description should not be interpreted as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
Claims (8)
복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 분리막을 구비하고, 상기 카트리지의 내측에 수용되는 셀 어셈블리;
상기 카트리지 외측에 배치되는 냉매관;
상기 카트리지와 상기 냉매관 사이에 배치되는 방열판;
상기 카트리지, 상기 방열판 및 상기 냉매관을 감싸고 외관을 형성하는 케이스; 및
상기 카트리지 및 상기 방열판의 표면에 코팅되는 방열 코팅층을 포함하고,
상기 카트리지와 상기 케이스 사이, 상기 방열판과 상기 케이스 사이에 각각 에어 갭이 형성되도록, 상기 카트리지 및 상기 방열판 각각을 케이스와 이격시겨 고정하기 위한 고정부재를 더 포함하고,
상기 방열판의 고정부재는 상기 방열판 말단으로부터 연장되는 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는 상기 방열판의 하면과 수평하게 연장말단으로부터 연장되는 수평 돌출부 및 방열판 하면과 수직하게 연장되는 수직 돌출부로 이루어지고,
상기 방열 코팅층은, 상기 카트리지의 전면(全面)과 상기 방열판의 양면에 각각 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.A cartridge having a bottom and sidewalls;
A cell assembly having a plurality of battery cells and at least one battery separator disposed between the plurality of battery cells, the cell assembly being received inside the cartridge;
A refrigerant pipe disposed outside the cartridge;
A heat sink disposed between the cartridge and the refrigerant pipe;
A case surrounding the cartridge, the heat sink, and the refrigerant pipe to form an appearance; And
A heat dissipation coating layer coated on a surface of the cartridge and the heat dissipation plate,
And a fixing member for fixing each of the cartridge and the heat sink to the case so that an air gap is formed between the cartridge and the case and between the heat sink and the case.
The fixing member of the heat sink includes a protrusion extending from the end of the heat sink,
The protrusion is formed of a horizontal protrusion extending from the end extending horizontally with the bottom of the heat sink and a vertical protrusion extending perpendicular to the bottom of the heat sink,
The heat dissipation coating layer is a battery module, characterized in that the coating on both the front (front surface) of the cartridge and both sides of the heat sink.
상기 카트리지 및 상기 방열판 사이에 배치되는 서멀패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
And a thermal pad disposed between the cartridge and the heat sink.
상기 방열 코팅층의 두께는 20 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
The thickness of the heat dissipation coating layer is a battery module, characterized in that 20 to 100 ㎛.
상기 방열 코팅층은 수지 및 열전도성 필러의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
The heat dissipation coating layer is a battery module, characterized in that consisting of a mixture of a resin and a thermally conductive filler.
상기 방열 코팅층은,
상기 바닥의 양면 및 측벽들의 양면에 각각 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
The heat dissipation coating layer,
The battery module, characterized in that coated on both sides of the bottom and both sides of the side walls, respectively.
상기 방열 코팅층은 상기 냉매관 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 5,
The heat dissipation coating layer is a battery module, characterized in that the coating on the surface of the refrigerant pipe.
화면정보를 표시하는 인터페이스부; 및
상기 배터리 모듈로부터 배터리 상태 정보를 수신하여, 상기 상태 정보가 상기 인터페이스부에 표시되도록, 상기 인터페이스부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 배터리 모듈은,
바닥과 측벽들을 구비하는 카트리지;
복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 분리막을 구비하고, 상기 카트리지의 내측에 수용되는 셀 어셈블리;
상기 카트리지 외측에 배치되는 냉매관;
상기 카트리지와 상기 냉매관 사이에 배치되는 방열판;
상기 카트리지, 상기 방열판 및 상기 냉매관을 감싸고 외관을 형성하는 케이스; 및
상기 카트리지 및 상기 방열판의 표면에 코팅되는 방열 코팅층을 포함하고,
상기 카트리지와 상기 케이스 사이, 상기 방열판과 상기 케이스 사이에 각각 에어 갭이 형성되도록, 상기 카트리지 및 상기 방열판 각각을 케이스와 이격시겨 고정하기 위한 고정부재를 더 포함하고,
상기 방열판의 고정부재는 상기 방열판 말단으로부터 연장되는 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는 상기 방열판의 하면과 수평하게 연장말단으로부터 연장되는 수평 돌출부 및 방열판 하면과 수직하게 연장되는 수직 돌출부로 이루어지고,
상기 방열 코팅층은, 상기 카트리지의 전면(全面)과 상기 방열판의 양면에 각각 코팅되는 것을 특징으로 전기 자동차.
A battery module;
An interface unit for displaying screen information; And
A control unit which receives the battery state information from the battery module and controls the interface unit such that the state information is displayed on the interface unit;
The battery module,
A cartridge having a bottom and sidewalls;
A cell assembly having a plurality of battery cells and at least one battery separator disposed between the plurality of battery cells, the cell assembly being received inside the cartridge;
A refrigerant pipe disposed outside the cartridge;
A heat sink disposed between the cartridge and the refrigerant pipe;
A case surrounding the cartridge, the heat sink, and the refrigerant pipe to form an appearance; And
A heat dissipation coating layer coated on a surface of the cartridge and the heat dissipation plate,
And a fixing member for fixing each of the cartridge and the heat sink to the case so that an air gap is formed between the cartridge and the case and between the heat sink and the case.
The fixing member of the heat sink includes a protrusion extending from the end of the heat sink,
The protrusion is formed of a horizontal protrusion extending from the end extending horizontally with the bottom of the heat sink and a vertical protrusion extending perpendicular to the bottom of the heat sink,
And the heat dissipation coating layer is coated on both surfaces of the cartridge and on both sides of the heat sink.
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