KR102209600B1 - 전기차용 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

배터리 셀의 열 발생 환경에 대응하여 배터리 팩에 제공되는 냉각핀 수단의 구조 개선과 재질 변경 등을 기반으로, 필요한 부분의 집중 냉각을 통하여 냉각효율을 높이면서 팩의 전체적인 경량화를 가능하게 한 전기차용 배터리 팩이 제공된다.
상기 본 발명의 배터리 팩은, 배터리 셀들이 적재되는 하우징; 및, 상기 하우징과 연계되되, 상기 배터리 셀의 온도 분포에 대응하여 적어도 배터리 셀 전극들의 집중 냉각을 가능토록 제공된 냉각핀 수단;을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

전기차용 배터리 팩{BATTERY PACK FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기차용 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세히는 배터리 셀의 온도 분포(열 발생 분포)에 대응하여 냉각토록 배터리 팩에 제공되는 냉각핀 수단의 구조 개선과 재질 변경 등을 통하여, 적어도 필요한 부분의 집중 냉각을 가능하게 하면서 냉각효율을 높이는 한편, 배터리 팩의 전체적인 경량화를 구현한 전기차용 배터리 팩에 관한 것이다.

현재 에너지 소비가 적고 환경오염을 줄일 수 있는 보다 친환경적인 전기차에 대한 관심이 집중되고 있는데, 일예로서 전기차는 연료전지 차량과 하이브리드(Hybrid) 차량 등이 있다.

예를 들어, 연료전지 차량은, 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 발생된 전기를 에너지원으로 사용하는 차량이고, 하이브리드 차량은, 고속 주행이나 오르막길 주행시에는 내연기관을 사용하고 저속주행이나 정차시에는 전기를 에너지원으로 사용하는 차량이다.

이와 같은 연료전지 차량과 하이브리드 차량 등의 전기차는 전기공급을 위한 복수의 배터리 셀((Battery Cell)(전지 셀)들이 적재(탑재)된 배터리 팩(Battery Pack)을 포함한다.

그런데, 전기차의 이와 같은 고전압 배터리 팩은, 차량 운행 중에 내부 배터리 셀을 충전 및 방전하는 과정에서 열이 발생하고, 이와 같은 열을 효과적으로 외부로 방출(배출)하지 못하면 배터리의 온도가 급격하게 상승하여, 심한 경우 배터리 화재나 폭발로 이어져, 전기차 운전자나 탑승자에게 위험을 초래할 수 있다.

따라서, 전기차용 배터리 팩의 내부에는 배터리 셀에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각핀(수단)을 갖추고 있다.

그런데, 기존에 알려진 대부분의 배터리 팩의 냉각핀은 알루미늄으로 제작되어 열전도도는 높지만, 가격이 상대적으로 높고, 알루미늄의 무른 특성으로 제작과정에서 미세한 스크래치 결함이 발생할 가능성이 높았다.

더욱이, 기존 전기차용 배터리 팩의 경우, 알루미늄 냉각핀이 배터리 셀의 냉각에 필요한(적정한) 범위 이상으로 과도하게 배터리 셀을 덮는 구조로 되어 있어, 소재 비용이 증가하고, 배터리 팩의 중량도 증가하는 것이었다.

더하여, 기존 전기차용 배터리 팩의 경우, 적어도 배터리 셀의 온도 분포(열 발생 분포)에 대응하되 특히, 배터리 셀의 전극들의 열 집중에 대응하여 냉각핀의 구조개선이나 냉각 형태를 개선한 기술은 미흡한 실정이었다.

한편, KR 10-1998-0025399 A (1998.07.15)에서는 전기 자동차용 배터리의 냉각핀 관련 기술을 개시하나, 위의 배터리 셀의 온도 분포나 예컨대, 전극의 열 집중에 대응하여 보다 최적화된 배터리 팩의 냉각 기술을 제시하지는 않는 것이다.

KR 10-1998-0025399 A (1998.07.15)

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 배터리 셀의 온도 분포(열 발생 분포)에 대응하여 냉각토록 배터리 팩에 제공되는 냉각핀 수단의 구조 개선과 재질 변경 등을 통하여, 적어도 필요한 부분의 집중 냉각을 가능하게 하면서 냉각효율을 높이는 한편, 배터리 팩의 전체적인 경량화를 구현한 전기차용 배터리 팩을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 일 실시예의 본 발명 전기차용 배터리 팩은, 배터리 셀들이 적재되는 하우징; 및, 상기 하우징과 연계되되, 상기 배터리 셀의 온도 분포에 대응하여 적어도 배터리 셀 전극들의 집중 냉각을 가능토록 제공된 냉각핀 수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 배터리 셀의 적재공간들을 형성하는 하우징 바닥과, 상기 하우징 바닥상에 제공되는 복수의 하우징 측벽들을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 배터리 셀은 양측에 전극이 각각 배치되고, 상기 냉각핀 수단은, 상기 하우징 측벽에 연계되는 냉각핀 몸체부; 및, 적어도 배터리 셀 전극들의 집중 냉각을 가능토록 상기 냉각핀 몸체부에 제공되는 전극 냉각부들;을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 냉각핀 수단의 전극 냉각부는 대기접촉을 확대토록 상기 하우징 측벽 보다 더 돌출되는 것이다.

다음, 다른 실시예의 본 발명의 전기차용 배터리 팩은, 배터리 셀들이 적재되는 하우징; 및, 상기 하우징과 연계되되, 적어도 상기 배터리 셀의 온도 분포에 대응하여 냉각토록 제공된 냉각핀 수단;을 포함하되, 상기 냉각핀 수단은 상기 하우징의 길이방향으로 통기성에 대응하여 면적이 조정되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 배터리 셀의 적재공간들을 형성하는 하우징 바닥과, 상기 하우징 바닥상에 제공되는 복수의 하우징 측벽들을 포함하고, 상기 냉각핀 수단은 상기 하우징 측벽에 연계되는 냉각핀 몸체부 또는, 상기 하우징 측벽에 연계되는 냉각핀 몸체부와 상기 냉각핀 몸체부에 적어도 배터리 셀 전극들을 집중 냉각토록 제공되는 전극 냉각부를 포함하되, 상기 냉각핀 몸체부 단독 또는, 상기 냉각핀 몸체부와 전극 냉각부는, 상기 하우징의 길이방향으로 외곽에서 중앙으로 갈수록 면적이 증가되는 것이다.

그리고, 특히 상기 냉각핀 수단에 구비되는 냉각핀 몸체부는, 상기 하우징에 구비되는 하우징 측벽에 형성된 체결부를 매개로 교체 가능하게 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉각핀 몸체부는, 상기 하우징 측벽의 체결부에 몸체체결부가 슬라이딩체결 가능토록 제공된 절개부 및, 상기 냉각핀 몸체부의 양측으로 상기 하우징 측벽의 모서리를 감싸도록 제공되는 절곡부를 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 냉각핀 수단에 구비되는 냉각핀 몸체부는, 적어도 강성을 높이기 위한 하나 이상의 비드부를 포함하되, 상기 비드부는 통기공들이 더 형성될 수 있다.

또한, 또 다른 실시예의 본 발명 전기차용 배터리 팩은, 배터리 셀들이 적재되는 하우징; 및, 상기 하우징의 내측으로 복수개 제공되되, 적어도 상기 배터리 셀의 온도 분포에 대응하여 배터리 셀의 냉각을 가능토록 제공되는 열방출층을 포함하는 냉각핀 수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은, 바닥 냉각채널과 그 상부에 장착되는 측벽 냉각채널들을 포함하고, 상기 냉각핀 수단은 상기 측벽 냉각채널들 사이로 배터리 셀 적재공간들을 형성토록 복수개 적층되고 상기 열방출층이 형성되는 냉각핀 몸체부를 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 배터리 셀은 일측에 전극들이 배치되고, 상기 냉각핀 수단의 열방출층은, 적어도 상기 냉각핀 몸체부의 상부 및 하부에 배터리 셀의 전극들과 하우징의 바닥 냉각채널에 대응하여 각각 위치되는 전극대응 열방출층과 냉각채널 대응 열방출층을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 냉각핀 몸체부는 상기 측벽 냉각채널들에 형성된 요철부 사이에 끼워져 제공되되, 상기 요철부는 통기공들을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 냉각핀 수단에 구비되는 냉각핀 몸체부 또는, 상기 냉각핀 수단에 구비되는 냉각핀 몸체부와 상기 냉각핀 몸체부에 제공되는 전극 냉각부는 마그네슘으로 형성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 먼저 기존 알루미늄 대신에, 마그네슘으로 된 배터리 팩의 냉각핀 수단을 제공하여 온도편차를 줄이고 경량화를 가능하게 하는 효과를 제공한다.

특히, 본 발명은 배터리 팩의 온도 분포나 열이 집중 발생되는 전극 들에 대응하면서 필요한 부분의 집중 냉각을 구현하여, 배터리 팩의 경량화를 가능하게 하고 배터리 셀의 온도편차를 줄이면서, 전체적인 배터리 팩의 수명을 연장시키는 다른 효과를 제공하는 것이다.

결과적으로, 본 발명은, 비용 절감은 물론, 배터리 팩의 안정적인 가동으로 전기차 주행 안전성도 높이는 또 다른 효과를 제공하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 일 실시예의 배터리 셀과 배터리 셀의 온도분포를 도시한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 배터리 팩을 도시한 사시도
도 3은 도 2의 본 발명 배터리 팩을 도시한 일부 분해 사시도
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 배터리 팩을 도시한 일부 분해 사시도
도 5 내지 도 7은 도 2 내지 도 4의 본 발명 배터리 팩의 다른 실시예를 도시한 사시도 및 요부도
도 8 내지 도 10은 도 2 내지 도 4의 본 발명 배터리 팩의 또 다른 실시예를 도시한 분해 사시도 및 평면과 정면 구성도
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 배터리 팩을 도시한 개략 사시도
도 12a 및 도 12b는 도 11의 본 발명 배터리 팩의 냉각핀 수단을 도시한 사시도
도 13은 도 11의 본 발명 배터리 팩을 도시한 요부 평면 구성도

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

참고로, 이하의 본 실시예 설명에서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 제1,2 배터리 팩(100)(200)으로 구분될 수 있고, 이들에 포함되는 냉각핀 수단도 제1,2의 냉각핀 수단(130)(230)으로 구분될 수 있다. 다만 이하의 본 실시예 설명에서는, 제1의 배터리 팩(100)과 제2의 배터리 팩(200)과 관련된 구성요소들은 각각 100번대 및 200번대의 도면부호로 설명한다.

먼저, 도 1a 및 도 1b는 다음에 상세하게 설명하는 본 발명의 배터리 팩(100)(200)과 관련된 배터리 셀(10)과 그 온도 분포(열 발생 분포)를 도시하고 있다.

한편, 이와 같은 배터리 셀(10)은 도 1과 같이, 양측에 양극과 음극 전극(12)(14)들이 배치되는 베터리 셀과, 다음의 도 11에서 설명하는 일측에 전극 (12)(14)들이 배치되는 배터리 셀로 구분될 수 있다.

이에, 이하의 본 실시예 설명에서는, 배터리 셀의 전극 배치 형태에 따라, 도 1 내지 도 10을 토대로 제1의 배터리 팩(100)을 설명하고, 도 11 내지 도 13을 토대로 제2의 배터리 팩(200)을 설명한다.

그런데, 상기 배터리 셀(10)은, 충, 방전 중에 내부의 전기화학반응과 전기저항에 의해 열이 발생하고, 연구에 의하면 이는 전극에 전류밀도가 집중되면서 그 부위 주변으로 열이 제일 많이 발생하는 것으로 알려져 있다.

한편, 도 1a에서 도시한 바와 같이, 최근 양산되는 배터리 셀(10)은 배터리 팩의 체적을 낮추고 냉각성능을 향상시키기 위해 가로 방향으로 길이를 갖는 형태로서, 양측에 양극(+) 전극(12) 및 음극(-) 전극(14)이 배치되는 형태일 수 있다.

이때, 도 1a의 배터리 팩(10)의 온도 분포를 보면, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 배터리 셀(10)의 경우 전극(12)(14)들, 특히 양극(+) 전극(12) 부분에서 온도가 가장 높음을 알 수 있다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이, 기존에는 배터리 셀의 온도 분포와 상관없이 배터리 셀을 필요 이상으로 배터리 팩의 하우징 등으로 덮고 있어, 배터리 팩의 중량이 증가하고 냉각도 필요한 부분만을 집중하지 않는 것이었다.

이에, 본 발명의 제1,2 배터리 팩(100)(200)은 배터리 셀(10)의 온도 분포에 대응하여 적어도 열이 가장 많이 발생하는(온도가 가장 높은) 전극(12)(14)들을 보다 집중 냉각하여, 냉각효율을 높이면서 배터리 팩의 온도편차도 줄여 배터리 팩의 경량화를 가능하게 하기 위한 것이다.

다음, 본 실시예에서 설명하는 본 발명의 제1,2 배터리 팩(100)(200)의 제1,2의 냉각핀 수단(130)(230) 중 다음에 상세하게 설명하는, 냉각핀 몸체부 (132)(232)나 상기 냉각핀 몸체부(132)와 이에 제공되는 전극 냉각부(134)는 기존 알루미늄 대신에 마그네슘으로 형성한다.

예를 들어, 마그네슘은 알루미늄보다 비중이 2/3 수준이어서 마그네슘의 냉각핀 수단(130)(230)은 기존 알루미늄으로 된 냉각핀 보다 30% 이상의 경량화를 가능하게 할 것이고, 더하여 마그네슘은 알루미늄에 비하여 열확산계수가 더 높기 때문에 배터리 셀(10)내의 온도편차도 줄일 수 있을 것이다.

한편, 도 1b에서 도시한 배터리 셀(10)의 온도 분포(열 발생 분포)는 배터리를 작동시킨 상태에서 열화상 카메라로 측정 가능하고, 따라서 전기차의 다양한 작동조건에 따라 배터리 셀(10)의 표면 온도(열 발생 분포)를 측정하고, 이를 바탕으로 본 발명의 제1,2의 냉각핀 수단(130)(230)을 제공할 수 있을 것이다.

다음, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)(200)들을 보다 상세하게 살펴본다.

먼저, 도 2 및 도 3에서는 본 발명에 따른 제1의 배터리 팩(100)을 도시하고 있다.

즉, 도 2 및 도 3에서 도시한 본 발명의 제1의 배터리 팩(100)은, 도 1과 같이 양측에 전극(12)(14)이 배치된 배터리 셀(10)들이 적재(탑재)되는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)과 연계되되, 상기 배터리 셀(10)의 온도 분포(열 발생 분포)에 대응하여 적어도 배터리 셀의 전극(12)(14)들을 집중 냉각토록 제공된 제1의 냉각핀 수단(130)을 포함하여 제공될 수 있다.

이때, 상기 배터리 팩(100)의 하우징(110)은, 배터리 셀(10)들이 탑재되는 탑재공간(A)을 형성하는 하우징 바닥(112)과 상기 하우징 바닥(112)에 일정 간격으로 수직하게 제공되는 복수의 하우징 측벽(114)들을 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)에서 하우징(110)의 하우징 측벽(114)사이의 배터리 셀(10)의 탑재공간(A)의 상측은 개방될 수 있고, 이와 같은 개방 구조는 기존의 밀폐 구조의 하우징 보다 통기성을 더 높일 것이다.

따라서, 도 1a에서 도시한 양측에 전극(12)(14)들이 배치되는 배터리 셀(10)들은, 상기 하우징(110)의 하우징 바닥(112)과 하우징 측벽(114)들 사이에 복수개 형성되는 탑재공간(A)에 적당한 간격을 가지고 적재될 수 있고, 전극 들의 통전 구조를 통하여 전기차에 전기를 공급할 수 있다.

다음, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)에서 상기 배터리 셀(10)의 온도 분포에 대응하여 적어도 배터리 셀의 전극(12)(14)들을 집중 냉각 가능하게 제공된 상기 제1의 냉각핀 수단(130)은, 상기 하우징 (110)의 하우징 측벽(114)에 연계되는 냉각핀 몸체부(132) 및, 적어도 상기 배터리 셀 전극(12)(14)들의 집중 냉각을 가능토록 상기 냉각핀 몸체부(132)에 일체로 제공되는 전극 냉각부(134)를 포함하여 제공될 수 있을 것이다.

이때, 상기 냉각핀 몸체부(132)는 하우징 측벽(114)에 대응되어 사각 형태로 형성될 수 있고, 스폿 용접이나 기타 알려진 볼트나 나사 체결 방식으로 하우징 측벽에 고정될 수 있을 것이다.

그리고, 바람직하게는, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)에서 상기 전극 냉각부(134)는 도 2 및 도 3과 같이, 상기 하우징 측벽(114) 보다 더 돌출되는 구조로 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)은 제1의 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)에 일체로 제공되고 하우징 측벽 보다 더 돌출되는 전극 냉각부(134)로 인하여, 배터리 셀(10)의 전극(12)(14) 부위에서 가장 많이 발생되는 열은 냉각핀 수단(130)의 몸체부(132)와 전극 냉각부(134)를 통하여 대기로 효과적으로 방출되면서 냉각효율을 더 높일 수 있게 할 것이다.

예를 들어, 도 2,3과 같이, 상기 전극 냉각부(134)는 냉각핀 몸체부(132)의 양측으로 상부에 일체로 그 끝이 경사지게 돌출되면서, 대기와 접촉하여 열이 더 잘 방출되는 구조로 제공될 수 있다. 물론, 도 2의 형태로 반드시 한정되는 것이 아님은 당연하다.

다음, 4에서는 본 발명 제1의 배터리 팩(100)의 다른 실시예를 도시하고 있다.

즉, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명 제1의 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)와 전극 냉각부(134) 중 적어도 하나는 상기 하우징(10)의 길이방향으로 통기성에 대응하여 면적이 조정되는 형태로 제공될 수 있다.

즉, 도 4와 같이, 배터리 팩(100)의 양측 최외곽 부분은 배터리 팩(100)의 중앙측 보다 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)가 대기에 노출되고, 배터리 셀에서 발생되는 열도 배터리 팩의 하우징 외곽보다 중앙부분이 덜 방출될 가능성이 높기 때문에, 적어도 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132) 또는, 냉각핀 몸체부에 제공된 전극 냉각부(134)의 면적을 가변시키는 것이다.

예를 들어, 도 4와 같이, 하우징(110)의 길이방향으로 최외곽 양측(도면에서는 일측만 도시함)에 위치되는 냉각핀 수단(130a)의 냉각핀 몸체부(132a)는 면적을 가장 작게(하우징 측벽(114) 보다도 작게) 형성시키고, 하우징(100)의 중앙으로 갈수록 냉각핀 수단(130b,130c,130d...)들의 냉각핀 몸체부(132b,132c,132d...)들의 면적을 점진적으로 확대시키고, 적정한 위치에서부터 전극 냉각부(134)들을 형성시키되, 이들의 면적도 외곽에서 중앙으로 점진적으로 확대시키는 것이다.

물론, 배터리 팩(100)의 중앙 부분은 최대한 면적이 확대된 전극 냉각부(134)들을 포함하는 냉각핀 수단(130)들을 제공하게 하는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 도 4에서 도시한 본 발명 제1의 냉각핀 수단(130)의 다른 실시예는, 통기성에 대응하여 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)나 전극 냉각부(134)를 냉각을 잘 이루어지게 하면서 그 면적은 필요한 부분만을 사용하기 때문에, 소재(배터리 팩)의 경량화에 보다 도움이 될 것이고, 하우징 길이방향으로의 배터리 셀의 온도 편차도 줄일 수 있을 것이다.

다음, 도 5 내지 도 7에서는 본 발명 제1의 배터리 팩(100)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.

즉, 도 5 및 도 6과 같이, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)에서 제1의 상기 냉각핀 수단(130)에 구비된 냉각핀 몸체부(132)에는 적어도 강도를 높이기 위한 하나 이상의 비드부(140)를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 이와 같은 비드부(140)는 하우징 측벽(114)에 대응되는 직사각형 형태일 수 있는 냉각핀 몸체부(132)에 프레싱 가공을 통하여 일체로 형성되는데, 도 5와 같이, 냉각핀 몸체부(132)의 길이방향 또는, 도 6과 같이 냉각핀 몸체부(132)의 수직방향으로 적당한 개수로 제공될 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 비드부(140)를 갖는 제1의 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)는 강성이 증가하여, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)의 전체적인 강도를 높일 것이고, 이는 전기차 주행시 차량 충돌 등과 같은 사고시에 배터리 팩의 파손을 억제하게 할 것이다.

바람직하게는, 도 7과 같이, 상기 제1의 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)의 비드부(140)는, 프레싱 가공시 통기공(142)들을 더 형성시키는 것이다.

따라서, 이와 같은 통기공(142)들은 비드부와 더불에 냉각핀 몸체부(132)의 냉각효율을 높이고, 배터리 팩의 중앙측으로 대기 접촉이 적은 부위에서의 냉각을 더 잘되게 할 것이다.

다음, 8 내지 도 10에서는 본 발명 제1의 배터리 팩(100)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.

즉, 도 8 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명 제1의 배터리 팩(100)에서 상기 제1의 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)는 상기 하우징(100)의 하우징 측벽(114)에 일체로 형성된 체결부(116)를 매개로 교체 가능하게 제공될 수 있다.

따라서, 이와 같이 하우징 측벽(114)에 교체 가능한 냉각핀 몸체부(132)를 갖는 본 발명 제1의 냉각핀 수단(130)은, 배터리 셀(10)에서 발생되는 온도 분포를 사전에 측정하여 적정한 형태들을 갖는 냉각핀 수단(130)들을 준비하고, 이들중 적정한 냉각핀 수단을 하우징에 제공할 수 있어, 배터리 셀의 온도 분포나 전극에 대응하여 보다 효율적인 냉각을 가능하게 할 것이다.

한편, 도 8 및 도 9와 같이, 상기 냉각핀 수단(130)은, 하우징 측벽(114)의 체결부(116)에 냉각핀 몸체부(132)의 일부(몸체 체결부(132a))가 삽입되어 슬라이딩되면서 교체 가능하게 하는 냉각핀 몸체부(132)에 형성된 절개부(136)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 하우징 측벽(114)에 일체로 프레싱 가공되어 형성되는 체결부(116)는 배터리 팩(100)의 조립시 가압되면서 냉각핀 몸체부(132)를 견고하게 고정할 수 있을 것이다.

그리고, 더 바람직하게는, 상기 냉각핀 몸체부(132)의 양측으로 하우징 측벽(114)의 모서리를 감싸면서 밀착되는 절곡부(138)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 도 8 및 도 9와 같이, 냉각핀 수단(130)의 냉각핀 몸체부(132)에 형성된 절개부(138)사이의 몸체체결부(132a)를 하우징 측벽(114)의 체결부(116)사이에 끼우는 동시에, 상기 절곡부(138)가 하우징 측벽(114)의 양측 모서리부분을 감싸도록 하면서, 하방으로 슬라이딩하면 간단하게 냉각핀 수단(130)을 하우징 측벽(114)에 교체 가능하게 설치할 수 있을 것이다.

결국, 도 8 및 도 9의 또 다른 실시예의 본 발명 제1의 냉각핀 수단(130)은 교체 가능한 형태로 사용되므로, 미리 배터리 셀(10)의 온도 분포에 대응하여 전극 냉각부(134)의 면적 등을 적정하게 형성하거나, 도 4와 같이, 배타리 팩의 냉각핀 수단(130)의 위치에 따라 면적을 달리한 냉각핀 몸체부(132a,b.c...)들을 형성한 다양한 규격을 갖는 냉각핀 수단(130)들을 적정하게 사용하면서, 보다 최적의 냉각 환경을 제공할 수 있을 것이다.

물론, 냉각핀 수단의 파손이나 변형 등으로 교체하는 경우도 쉽게 교체할 수 있다.

한편, 도 10에서 도시한 바와 같이, 냉각핀 수단(130)이 하우징 측벽(114)에 교체 가능하므로, 냉각핀 수단(130)의 전극 냉각부(134)의 돌출 위치도 통기성과 관련하여 더 적정하게 조정할 수 있다.

즉, 도 4에서 설명한 바와 같이, 배터리 팩(100)의 길이방향으로 최외곽에서 중앙으로 갈수록 통기성에서 차이가 있고, 열 방출정도도 차이가 있으므로, 도 10의 본 발명 냉각핀 수단(130)의 경우에는 냉각핀 몸체부(132)의 중앙측 몸체체결부(132a)의 하우징 측벽(114)의 체결부(116)의 삽입 정도를 조정하면, 쉽게 냉각핀 수단(130)의 설치높이를 조정할 수 있고, 높이가 조정되면 나사(S)나 스폿 용접등으로 간단하게 위치 고정하면 된다.

따라서, 도 8 내지 도 10에서 도시한 또 다른 실시예의 본 발명의 제1의 냉각핀 수단(130)은 하우징 측벽(114)에 슬라이딩 방식으로 간단하게 끼워져 제공될 수 있어, 적어도 배터리 팩(10)에서 발생되는 열의 발생 분포에 대응하여 최적의 냉각 효율을 제공할 수 있고, 적어도 열이 집중 발생되는 배터리 팩의 전극(12)(14)들의 냉각을 효과적으로 구현할 수 있을 것이다.

다음, 도 11 내지 도 13에서는 본 발명의 또 다른 실시예인 제2의 배터리 팩(200)을 도시하고 있다.

즉, 도 11 및 도 12와 같이, 본 발명 제2의 배터리 팩(200)은, 잎에서도 설명한 바와 같이, 기본적으로 도 1의 양측에 전극들이 배치되는 것과 달리, 일측에 양극 및 음극 전극(12)(14)들이 배치된 배터리 셀(10)들이 적용되는 배터리 팩일 수 있다,

예를 들어, 이와 같은 본 발명 제2의 배터리 팩(200)은 상기 일측에 전극(12)(14)들이 배치되는 배터리 셀(10)들이 순차적으로 적재되는 배터리 적재공간(B)이 형성된 하우징(210) 및, 상기 하우징(210)의 내측으로 복수개 제공되되, 상기 배터리 셀(10)의 온도 분포에 대응하여 적어도 배터리 셀 전극(12)(14)들의 집중 냉각을 가능토록 열방출층(234)을 포함하는 제2의 냉각핀 수단(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 본 발명 제2의 배터리 팩(200)에서 상기 하우징(210)은, 바닥 냉각채널(212)과 그 상부에 적어도 사방으로 장착되는 측벽 냉각채널(214)들을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2의 냉각핀 수단(230)은 상기 측벽 냉각채널(214)들 사이로 배터리 셀(10)의 적재공간(B)들을 형성하면서 복수개 적층되고 상기 열방출층(234)이 제공되는 냉각핀 몸체부(232)를 포함할 수 있다. 이와 같은 냉각핀 몸체부(232)는 판상으로 제공될 수 있다.

도 11 및 도 12와 같이, 본 발명 제2의 배터리 팩(200)의 경우 하우징(210)의 측벽 냉각패널(214)들 사이로 제공되는 냉각핀 수단(230)의 복수개의 냉각핀 몸체부(232) 사이의 배터리 탑재공간(B)에 배터리 셀(10)들이 적재되고, 배터리 셀(10)의 전극(12)(14)들은 일측으로 돌출되게 되어 전기적으로 통전되게 된다.

그리고, 상기 냉각핀 몸체부(232)에 형성된 열방출층(234)는 적어도 배터리전극에 인접하여 배치되어 배터리 셀(10)의 전극(12)(14)들에서 발생되는 열이 열방출층(234)을 통하여 집중 방출되어 전극 들의 집중 냉각을 가능하게 할 것이다.

이와 같은 열방출층(234)은 판상의 냉각부 몸체부(232)의 바람직하게는 양측면에 고전도성물질 예를 들어, 구리(cupper) 등이 패터닝 방식(patterning process)으로 제공될 수 있다.

그리고, 본 발명의 제2의 냉각핀 수단(230)의 냉각핀 몸체부(232)도 앞에서 설명한 바와 같이, 기존 알루미늄 대신에 더 경량화가 가능한 마그네슘 재질로 제공될 수 있다.

더 바람직하게는, 도 12a 및 도 12b와 같이, 상기 열방출층(234)을 냉각핀 몸체부(232)에 형성시키는 것이다.

예를 들어, 도 12와 같이, 상기 열방출층(234)을 냉각핀 몸체부(234)의 상측 및 하측으로 적어도 배터리 셀의 전극(12)(14)들과 하우징(210)의 바닥 냉각채널(212)과 접하는 위치에 대응 위치되도록 하는 전극 대응 및 냉각채널 대응 열방출층(236)(238)들을 더 포함하는 것이다.

즉, 배터리 셀(10)의 양극 및 음극 전극(12)(14)들에 대응되는 위치로 도 12a와 같이, X자 형태 또는, 도 12b와 같이, 일체로 전극 대응 열방출층(236)들을 형성시킬 수 있다.

물론, 상기 전극에 대응되는 전극대응 열방출층(236)과 하우징(210)의 바닥 냉각채널(212)에 대응되는 냉각채널 대응 열방출층(238)사이도 열방출층(234)으로 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명 제2의 냉각핀 수단(230)은 열이 집중 발생되는 전극(12) (14)들과 인접한 부분의 전극대응 열방출층(236)과 열 방출이 바닥의 냉각채널 대응 열방출층(238)을 포함하는 열방출층(234)으로 인하여, 적어도 전극 부위의 냉각효율을 높이는 것이다.

그리고, 더 바람직하게는, 도 13에서 도시한 바와 같이, 본 발명 제2의 배터리 팩(200)에서, 제2의 냉각핀 수단(230)의 상기 판상의 냉각핀 몸체부(232)를 상기 측벽 냉각채널(214)들에 형성된 요철부(216)사이에 끼워서 제공할 수 있고, 이경우 상기 측벽 냉각채널(214)의 요철부(216)들에는 통기성을 높이는 통기공(218)들을 더 형성시킬 수 있다.

따라서, 지금까지 설명한 본 발명 제1 및 제2 배터리 팩(100)(200)들은 제1 및 제2의 냉각핀 수단(130)(230)들을 기반으로, 적어도 배터리 셀의 온도 분포에 대응하여, 특히 배터리 가동시 열이 가능 많이 발생하는 전극(12)(14)들의 집중 냉각을 가능하게 하여, 배터리 자체의 온도 편차를 줄이고, 실제 배터리 팩을 장착한 전기차의 주행시 배터리 팩에서의 과도한 열 발생으로 인한, 폭발 등의 안전상 문제를 예방 가능하게 하는 것이다.

무엇보다도, 본 발명의 제1,2의 배터리 팩(100)(200)들은 배터리 셀의 열(온도) 분포에 대응하여 필요한 면적을 갖는 제1,2의 냉각핀 수단(130)(230)들을 통하여, 배터리 팩의 경량화를 가능하게 하고, 이는 소재 경감 등은 물론, 배터리 팩을 장착한 전기차 자체의 경제적인 이득을 제공할 것이다.

그리고, 기존 알루미늄 대신에 마그네슘을 기반으로 하여, 경량화와 온도편차 해소 등을 가능하게 할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10.... 배터리 셀 12,14.... 전극
100,200.... 본 발명의 배터리 팩 110,210.... 하우징
112.... 하우징 바닥 114.... 하우징 측벽
116.... 체결부 130,230.... 냉각핀 수단
132,232.... 냉각핀 몸체부 134.... 전극 냉각부
136.... 절개부 138.... 절곡부
140.... 비드부 142,218.... 통기공
212.... 바닥 냉각채널 214.... 측벽 냉각채널
216.... 요철부 234,236,238.... 열방출층

Claims (14)

1. 제1 방향에 배치되는 양극 및 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향에 배치되는 음극을 포함하는 복수의 배터리셀을 수용하는 하우징; 및
   상기 하우징에 결합되는 복수의 냉각핀 수단을 포함하고,
   상기 하우징은 하우징 바닥 및 상기 하우징 바닥 상에 결합되는 복수의 하우징 측벽을 포함하고,
   상기 복수의 냉각핀 수단은 냉각핀 몸체부, 상기 냉각핀 몸체부에서 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 양극과 대응하도록 배치되는 제1 전극 냉각부 및 상기 냉각핀 몸체부에서 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 음극과 대응하도록 배치되는 제2 전극 냉각부를 포함하고,
   상기 제1 전극 냉각부 및 상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 냉각핀 몸체부의 높이보다 큰 전기차용 배터리 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 냉각부의 높이는 상기 제1 방향으로 갈수록 커지고,
   상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 제2 방향으로 갈수록 커지는 전기차용 배터리 팩.
3. 제1 방향에 배치되는 양극 및 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향에 배치되는 음극을 포함하는 복수의 배터리셀을 수용하는 하우징; 및
   상기 하우징에 결합되는 복수의 냉각핀 수단을 포함하고,
   상기 하우징은 하우징 바닥 및 상기 하우징 바닥 상에 결합되는 복수의 하우징 측벽을 포함하고,
   상기 복수의 냉각핀 수단은 냉각핀 몸체부, 상기 냉각핀 몸체부에서 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 양극과 대응하도록 배치되는 제1 전극 냉각부 및 상기 냉각핀 몸체부에서 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 음극과 대응하도록 배치되는 제2 전극 냉각부를 포함하고,
   상기 냉각핀 몸체부, 상기 제1 전극 냉각부 및 상기 제2 전극 냉각부는 상기 하우징의 길이방향으로 외곽에서 중앙으로 갈수록 면적이 넓어지고,
   상기 하우징의 길이방향으로 최외곽에 위치한 상기 냉각핀 몸체부, 상기 제1 전극 냉각부 및 상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 하우징 측벽의 높이보다 작고,
   상기 하우징의 길이방향으로 중앙에 위치한 상기 냉각핀 몸체부, 상기 제1 전극 냉각부 및 상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 하우징 측벽의 높이보다 크고,
   상기 하우징의 길이방향으로 중앙에 위치한 상기 제1 전극 냉각부 및 상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 냉각핀 몸체부의 높이보다 큰 전기차용 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하우징의 길이방향으로 중앙에 위치한 상기 제1 전극 냉각부의 높이는 상기 제1 방향으로 갈수록 커지고,
   상기 하우징의 길이방향으로 중앙에 위치한 상기 제2 전극 냉각부의 높이는 상기 제2 방향으로 갈수록 커지는 전기차용 배터리 팩.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 냉각핀 수단은,
   상기 제1 전극 냉각부에서 연장되어 상기 하우징 측벽을 감싸는 제1 절곡부 및 상기 제2 전극 냉각부에서 연장되어 상기 하우징 측벽을 감싸는 제2 절곡부를 포함하는 전기차용 배터리팩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 하우징 측벽은 체결부를 포함하고,
   상기 냉각핀 몸체부는 상기 체결부와 결합되는 몸체 체결부 및 절개부를 포함하는 전기차용 배터리팩.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각핀 몸체부는 적어도 하나 이상의 비드부를 포함하고,
   상기 비드부는 적어도 하나 이상의 통기공을 포함하는 전기차용 배터리팩.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 냉각핀 수단은 적어도 일부가 마그네슘을 포함하여 형성된 전기차용 배터리 팩.
13. 삭제
14. 삭제

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