KR102252334B1 - 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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이병관
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Abstract

본 발명은 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈은 복수의 행과 열로 배열되며, 적어도 일부가 서로 접촉되도록 배치되는 복수의 원통형 셀, 일면이 개방되며 내측에 소정의 수용공간이 구비되며, 수용공간에 복수의 원통형 셀을 수용하는 케이스, 케이스의 내측에 구비되며, 복수의 원통형 셀 각각의 적어도 일부를 감싸 고정하며, 복수의 원통형 셀의 배열 상태를 유지시켜주는 홀더부, 및 케이스의 내부에서 복수의 원통형 셀 사이마다 형성된 틈새공간을 이용하여 복수의 원통형 셀 각각의 길이 방향을 따라 튜브 형상으로 돌출되며, 인접한 복수의 원통형 셀에서 발생된 열을 분산하는 열 분산 튜브부를 포함한다.

Description

열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE HAVING HEAT DISSIPATION STRUCTURE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 들어, 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충, 방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
도 1은 복수의 원통형 셀(101)을 이용한 배터리 모듈을 보여준다.
종래의 배터리 모듈의 경우, 복수의 원통형 셀(101)이 도시된 형태로 정렬되어 배치되며, 이와 같이 배열된 복수의 원통형 셀(101)의 외곽을 감싸는 케이스를 이용하여 복수의 원통형 셀(101)을 수납하는 구조로 이루어져 있었다.
그런데, 복수의 원통형 셀(101)의 경우 배치 위치마다 발열 정도에 차이가 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 제4 원통형 셀(1014)은 제1 원통형 셀(1011), 제2 원통형 셀(1012), 제3 원통형 셀(1013)에 비해 상대적으로 내측에 배치되며, 발열량이 클 수 있다.
만일 고출력 배터리의 경우, 상기와 같은 복수의 원통형 셀(101) 각각의 발열 차이로 인해 일부 영역에서 국부적으로 고온의 열이 집중되어, 배터리 수명을 저하시키는 문제가 발생될 우려가 있었다.
따라서, 복수의 원통형 셀(101)을 이용하는 배터리 모듈의 성능을 향상시키고 수명을 증가시키기 위해 복수의 원통형 셀(101) 사이의 빈 공간(105)을 활용할 수 있는 배터리 냉각 방법이 필요하다. 특히, 내측에 위치한 원통형 셀(101)의 고온의 열을 주변으로 분산시킴으로써 특정 위치의 원통형 셀(101)에 고온의 열이 집중되는 것을 방지하고, 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 기술적 해결방안이 필요한 실정이다.
본 발명과 관련된 종래의 선행문헌으로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0004321호(2012.01.12, 공개일)에는 공랭식 배터리 팩이 개시되어 있다.
다만, 선행문헌에 개시된 공랭식 배터리 팩은 수평 방향으로 스택된 다수의 배터리 셀과 이를 수용하는 하우징을 포함하는 구조에서, 전달 매체를 공급 및 배출하는 방식으로 배터리 셀의 온도 편차를 감소시키도록 제안된 기술이다. 다시 말해, 선행문헌의 경우 복수의 원통형 셀을 포함하는 배터리 모듈 구조에서 열을 분산하는 내용과 관련하여 전혀 제시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0004321호(2012.01.12, 공개일)
본 발명의 목적은, 복수의 원통형 셀을 이용하는 배터리 모듈의 성능을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 내측에 배치된 원통형 셀에서 발열된 고온의 열을 외측에 배치된 복수의 원통형 셀을 향해 분산시켜 배터리 모듈 내에서 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지할 수 있는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 열 분산 튜브의 중공이 공랭식 유로로 활용될 수 있어, 열 분산 튜브의 열 분산 기능과 공랭 기능을 동시에 적용하여 배터리의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 복수의 원통형 셀을 이용하는 배터리 모듈의 성능을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 내측에 배치된 원통형 셀에서 발열된 고온의 열을 외측에 배치된 복수의 원통형 셀을 향해 분산시켜 배터리 모듈 내에서 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 열 분산 튜브의 중공이 공랭식 유로로 활용될 수 있어, 공기가 유입되는 방향으로 공랭식 유로를 마주하여 배치시킬 경우 열 분산 튜브의 열 분산 기능과 공랭 기능이 동시에 적용될 수 있다. 예를 들어, 오토바이 또는 차량의 공기 유입 방향으로 공랭식 유로의 입구를 배치할 경우 배터리의 냉각성능을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈은 복수의 원통형 셀, 케이스, 홀더부, 열 분산 튜브부를 포함한다.
복수의 원통형 셀은 복수의 행과 열로 배열될 수 있다. 복수의 원통형 셀은 적어도 일부가 서로 접촉되도록 배치될 수 있다.
케이스는 일면이 개방되며 내측에 소정의 수용공간이 구비되며, 상기 수용공간에 상기 복수의 원통형 셀을 수용할 수 있다.
홀더부는 상기 케이스의 내측에 구비될 수 있다. 홀더부는 상기 복수의 원통형 셀 각각의 적어도 일부를 감싸 고정할 수 있다. 홀더부는 상기 복수의 원통형 셀의 배열 상태를 유지시켜줄 수 있다.
열 분산 튜브부는 상기 케이스의 내부에서 상기 복수의 원통형 셀 사이마다 형성된 틈새공간을 이용하여 상기 복수의 원통형 셀 각각의 길이 방향을 따라 튜브 형상으로 돌출될 수 있다.
열 분산 튜브부는 인접한 상기 복수의 원통형 셀에서 발생된 열을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는 그라파이트 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 열 분산 튜브부는, 상기 틈새공간으로 삽입될 수 있으며, 상기 복수의 원통형 셀 각각에 대응하는 길이를 가질 수 있다.
예를 들어, 열 분산 튜브부는 환형 단면을 갖는 원형 튜브 형태로 제공될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 틈새공간의 형상 및 크기에 대응하여 이와 다른 형상의 튜브 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는, 외부 면이 서로 인접한 상기 복수의 원통형 셀 각각의 외부 면과 적어도 일부가 접촉되어, 상기 복수의 원통형 셀 각각에서 발생된 열이 상기 열 분산 튜브부로 전달되는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는 내부의 중공을 통해 공랭식 유로부를 구비할 수 있다.
공랭식 유로부는, 상기 케이스의 일면을 통해 상기 케이스의 외부로부터 공기를 유입시키고, 상기 유입시킨 공기는 상기 열 분산 튜브부의 중공을 통해 상기 케이스를 관통시킨 후, 상기 케이스의 타면을 통해 상기 케이스의 외부로 공기를 배출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈이 차량 또는 오토바이 등의 이동장치에 적용될 경우, 공랭식 유로부의 공기 유입 부위가 차량 또는 오토바이의 주행 방향에 마주하도록 배치될 수 있다. 이로써, 공기의 유입이 원활해 질 수 있으며, 배터리 모듈의 냉각 성능이 향상되어 수명이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 케이스는, 상기 케이스의 내부 벽면을 따라 소정의 두께를 갖도록 덧대어 형성된 케이스 내벽 열 분산부를 더 포함할 수 있다. 케이스 내벽 열 분산부는, 그라파이트 소재로 이루어지며, 상기 복수의 원통형 셀의 외부 면과 접촉되도록 배치될 수 있다. 이로써, 복수의 원통형 셀 중에서 상대적으로 외곽에 배치되어 케이스와 접촉되는 원통형 셀의 열 분산 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 케이스는 상기 케이스의 일측에 구비되며, 상기 케이스에 전달된 열을 외부로 방열하는 방열부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는, 제1 열 분산 튜브부, 제2 열 분산 튜브부, 프레임부를 포함할 수 있다. 제1 열 분산 튜브부는 상기 틈새공간 내에서 상대적으로 내측에 위치하고, 상기 공랭식 유로부를 감싸 배치되는 환형 단면의 원형 튜브 부위를 말한다. 제2 열 분산 튜브부는 상기 틈새공간 내에서 상대적으로 외측에 위치하고, 상기 제1 열 분산 튜브부를 둘러 감싸며 외부 면이 상기 복수의 원통형 셀과 접촉되는 환형 단면의 원형 튜브 부위를 말한다. 프레임부는 상기 제1 열 분산 튜브부의 외부와 상기 제2 열 분산 튜브부의 내부 사이를 연결하는 부재를 말한다.
예를 들어, 제1, 2 열 분산 튜브부는 그라파이트 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 셀에서 발생된 고온의 열은 제2 열 분산 튜브부와 제1 열 분산 튜브부를 통해 열이 발산되며, 공랭식 유로부를 통과하는 공기의 공랭 작용에 의해 효과적으로 냉각될 수 있다. 프레임부는, 그라파이트 또는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 프레임부는 열 분산 기능과 함께 제1, 2 열 분산 튜브부를 구조적으로 견고하게 지지하여 연결하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 프레임부는, 상기 제1, 2 열 분산 튜브부 사이를 방사상으로 연결하는 복수의 리브를 포함하며, 상기 복수의 리브 사이에는 소정의 공간부가 형성되어, 상기 제1, 2 열 분산 튜브부 사이를 연결하여 구조적으로 지지하며, 공간부에 의해 경량화가 가능하며, 제1, 2 열 분산 튜브부 사이의 열 전달이 용이한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는 외부 연장부를 더 포함할 수 있다. 외부 연장부는 상기 제1 열 분산 튜브부의 외부 면에 구비되며, 상기 틈새공간을 통해 상기 복수의 원통형 셀 사이로 연장되는 것으로 상기 제1 열 분산 튜브부의 단면을 확장시킬 수 있다. 외부 연장부는 삼각형 또는 날개 형상의 돌기 형태로 제공될 수 있다. 외부 연장부는 주변에 인접한 복수의 원통형 셀에서 발생되는 열을 발산하는 기능을 강화시켜 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈은 상기 케이스의 개방된 일면을 차폐시키도록 상기 케이스에 결합되는 커버부를 더 포함할 수 있다. 커버부는 상기 공랭식 유로부의 출구와 연통되는 홀을 구비할 수 있다. 이로써, 케이스를 관통하여 상기 공랭식 유로부를 통해 유동하며 복수의 원통형 셀의 냉각에 사용된 공기는 커버부의 홀을 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 열 분산 튜브부는 내부 핀부를 더 구비할 수 있다. 내부 핀부는 공랭식 유로부를 향해 돌출된 다수의 핀 형상 부재로서, 열 분산 튜브부를 통해 발산된 열을 공랭식 구조를 이용하여 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기의 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈과 함께 배터리 모듈의 충전, 방전을 제어하기 위한 각종 장치, 전류 센서, 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 복수의 원통형 셀을 이용하는 배터리 모듈의 성능을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 내측에 배치된 원통형 셀에서 발열된 고온의 열을 외측에 배치된 복수의 원통형 셀을 향해 분산시켜 배터리 모듈 내에서 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 열 분산 튜브의 중공이 공랭식 유로로 활용될 수 있어, 열 분산 튜브의 열 분산 기능과 공랭 기능을 동시에 적용하여 배터리의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 원통형 셀을 이용하는 배터리 모듈의 배치 구조를 간략히 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈을 간략히 도시한 개념도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 원통형 셀을 분리한 케이스 구조의 전, 후방 입체 형상을 보여주는 사시도들.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈의 전체 구조를 간략히 도시한 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 원통형 셀을 분리한 케이스 구조의 단면도.
도 7은 도 6의 "B"영역을 확대한 열 분산 튜브부의 확대도.
도 8은 도 7에 도시된 열 분사 튜브부의 변형 예를 보여주는 확대도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 튜브부의 확대 사시도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈을 간략히 도시한 개념도이다. 그리고 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 원통형 셀을 분리한 케이스 구조를 보여주는 전, 후방 사시도 이며, 도 5는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈의 전체 구조를 간략히 도시한 분리 사시도 이다. 도 6은 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈에서 원통형 셀을 분리한 케이스 구조의 단면도이고, 도 7은 도 6의 "B"영역을 확대한 열 분산 튜브부의 확대도 이고, 도 8은 도 7에 도시된 열 분사 튜브부의 변형 예를 보여주는 확대도 이다. 도 9는 열 분산 튜브부의 확대한 부분 사시도 이다.
본 발명의 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)은 배터리의 성능을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 열 분산 구조를 가질 수 있다. 특히, 내측에 배치된 원통형 셀(101)에서 발열된 고온의 열을 외측에 배치된 복수의 원통형 셀(101)을 향해 분산될 수 있어 배터리 모듈(100) 내에서 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 열 분산 튜브부의 중공을 공랭식 유로로 활용될 수 있어, 공기가 유입되는 방향으로 공랭식 유로를 마주하여 배치시킬 경우 열 분산 튜브의 열 분산 기능과 공랭 기능이 동시에 적용될 수 있다. 예를 들어, 오토바이 또는 차량의 공기 유입 방향으로 공랭식 유로의 입구를 배치할 경우 배터리의 냉각성능을 극대화시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)은 복수의 원통형 셀(101), 케이스(110), 홀더부(120), 열 분산 튜브부(130)를 포함한다.
복수의 원통형 셀(101)은 복수의 행과 열로 배열될 수 있다. 복수의 원통형 셀(101)은 적어도 일부가 서로 접촉되도록 배치될 수 있다.
케이스(110)는 일면이 개방되며 내측에 소정의 수용공간이 구비되며, 상기 수용공간에 상기 복수의 원통형 셀(101)을 수용할 수 있다.
홀더부(120)는 상기 케이스(110)의 내측에 구비될 수 있다.
예를 들어, 홀더부(120)는 상기 복수의 원통형 셀(101) 각각의 적어도 일부를 감싸 고정할 수 있다. 홀더부(120)는 상기 복수의 원통형 셀(101)의 배열 상태를 유지시켜줄 수 있다.
열 분산 튜브부(130)는 상기 케이스(110)의 내부에서 상기 복수의 원통형 셀(101) 사이마다 형성된 틈새공간(105)을 이용하여 상기 복수의 원통형 셀(101) 각각의 길이 방향을 따라 튜브 형상으로 돌출될 수 있다.
열 분산 튜브부(130)는 인접한 상기 복수의 원통형 셀(101)에서 발생된 열을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 열 분산 튜브부(130)는 그라파이트 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 열 분산 튜브부(130)는 상기 틈새공간(105)으로 삽입될 수 있으며, 상기 복수의 원통형 셀(101) 각각에 대응하는 길이를 가질 수 있다.
예를 들어, 열 분산 튜브부(130)는 환형 단면을 갖는 원형 튜브 형태로 제공될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 틈새공간(105)의 형상 및 크기에 대응하여 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상의 튜브 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 열 분산 튜브부(130)는, 외부 면이 서로 인접한 상기 복수의 원통형 셀(101) 각각의 외부 면과 적어도 일부가 접촉되어, 상기 복수의 원통형 셀(101) 각각에서 발생된 열이 상기 열 분산 튜브부(130)로 전달되는 구조를 가질 수 있다.
한편, 열 분산 튜브부(130)는 내부의 중공을 통해 공랭식 유로부(135)를 구비할 수 있다.
공랭식 유로부(135)는 상기 케이스(110)의 일면을 통해 상기 케이스(110)의 외부로부터 공기를 유입시키고, 상기 유입시킨 공기는 상기 열 분산 튜브부(130)의 중공을 통해 상기 케이스(110)를 관통한 다음 상기 케이스(110)의 타면을 통해 상기 케이스(110)의 외부로 공기를 배출시킬 수 있다.
이와 같이 구성됨에 따라, 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)이 차량 또는 오토바이 등의 이동장치에 적용될 경우, 공랭식 유로부(135)의 공기 유입 부위가 차량 또는 오토바이의 주행 방향에 마주하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 외부의 공기가 공랭식 유로로 보다 원활하게 유입되고 배출될 수 있으며, 배터리 모듈(100)의 냉각 성능이 향상되어 배터리 수명이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 케이스(110)는 케이스 내벽 열 분산부(180)를 더 포함할 수 있다(도 6 참조).
예를 들어, 케이스 내벽 열 분산부(180)는 상기 케이스(110)의 내부 벽면을 따라 소정의 두께를 갖도록 덧대어 형성될 수 있다. 그리고 케이스 내벽 열 분산부(180)는 그라파이트 소재로 이루어질 수 있으며 복수의 원통형 셀(101)의 외부 면과 접촉되도록 배치될 수 있다. 이로써, 복수의 원통형 셀(101) 중에서 상대적으로 외곽에 배치되어 케이스(110)와 접촉되는 복수의 원통형 셀(101)에서 발생된 열을 케이스(100)의 외부로 분산하는 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 케이스(110)는 상기 케이스(110)의 일측에 구비되며, 상기 케이스(110)에 전달된 열을 외부로 방열하는 방열부(185)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 열 분산 튜브부(130)는, 제1 열 분산 튜브부(131), 제2 열 분산 튜브부(133), 프레임부(137)를 포함할 수 있다(도 7 참조).
제1 열 분산 튜브부(131)는 상기 틈새공간(105) 내에서 상대적으로 내측에 위치하고, 상기 공랭식 유로부(135)를 감싸 배치되는 환형 단면의 원형 튜브 부위를 말한다.
제2 열 분산 튜브부(133)는 상기 틈새공간(105) 내에서 상대적으로 외측에 위치하고, 상기 제1 열 분산 튜브부(131)를 둘러 감싸며 외부 면이 상기 복수의 원통형 셀(101)과 접촉되는 환형 단면의 원형 튜브 부위를 말한다.
프레임부(137)는 상기 제1 열 분산 튜브부(131)의 외부와 상기 제2 열 분산 튜브부(133)의 내부 사이를 연결하는 부재를 말한다.
예를 들어, 제1, 2 열 분산 튜브부(131, 133)는 그라파이트 소재로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 복수의 원통형 셀(101)에서 발생된 고온의 열은 제2 열 분산 튜브부(133)와 제1 열 분산 튜브부(131)를 통해 열이 발산되며, 공랭식 유로부(135)를 통과하는 공기의 공랭 작용에 의해 효과적으로 냉각될 수 있다.
프레임부(137)는, 그라파이트 또는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 프레임부(137)는 열 분산 기능과 함께 제1, 2 열 분산 튜브부(131, 133)를 구조적으로 견고하게 지지하여 연결하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 프레임부(137)는, 상기 제1, 2 열 분산 튜브부(131, 133) 사이를 방사상으로 연결하는 복수의 리브를 포함하며, 상기 복수의 리브 사이에는 소정의 공간부가 형성되어, 상기 제1, 2 열 분산 튜브부(131, 133) 사이를 연결하여 구조적으로 지지하며, 공간부에 의해 경량화가 가능하며, 제1, 2 열 분산 튜브부(131, 133) 사이의 열 전달이 용이한 장점이 있다(도 7 참조).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 열 분산 튜브부(130)는 외부 연장부(140)를 더 포함할 수 있다(도 8 참조).
외부 연장부(140)는 상기 제1 열 분산 튜브부(131)의 외부 면에 구비되며, 상기 틈새공간(105)을 통해 상기 복수의 원통형 셀(101) 사이로 연장되는 것으로 상기 제1 열 분산 튜브부(131)의 단면을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 연장부(140)는 삼각형 또는 날개 형상의 돌기 형태로 제공될 수 있다. 외부 연장부(140)는 주변에 인접한 복수의 원통형 셀(101)에서 발생되는 열을 발산하는 기능을 강화시켜 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)은 상기 케이스(110)의 개방된 일면을 차폐시키도록 상기 케이스(110)에 결합되는 커버부(190)를 더 포함할 수 있다(도 5 참조).
커버부(190)는 상기 공랭식 유로부(135)의 출구와 연통되는 홀(191)을 구비할 수 있다. 이로써, 케이스(110)를 관통하여 상기 공랭식 유로부(135)를 통해 유동하며 복수의 원통형 셀(101)의 냉각에 사용된 공기는 커버부(190)의 홀(191)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)에서 열 분산 튜브부(130)는 내부 핀부(170)를 더 구비할 수 있다(도 9 참조).
내부 핀부(170)는 공랭식 유로부(135)를 통해 유동하는 공기의 냉각 효과를 향상시켜준다. 이에 따라, 열 분산 튜브부(130)를 통해 발산된 열은 내부 핀부(170)에 의해 공기와의 접촉 면적이 증가된 구조를 이용하여 보다 효과적으로 냉각될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기의 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)과 함께 배터리 모듈(100)의 충전, 방전을 제어하기 위한 각종 장치, 전류 센서, 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 복수의 원통형 셀을 이용하는 배터리 모듈의 성능을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 내측에 배치된 원통형 셀에서 발열된 고온의 열을 외측에 배치된 복수의 원통형 셀을 향해 분산시켜 배터리 모듈 내에서 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열 분산 튜브의 중공이 공랭식 유로로 활용될 수 있어, 열 분산 튜브의 열 분산 기능과 공랭 기능을 동시에 적용하여 배터리의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 배터리 모듈
101: 원통형 셀
110: 케이스
120: 홀더부
130: 열 분산 튜브부
131: 제1 열 분산 튜브부
133: 제2 열 분산 튜브부
135: 공랭식 유로부
137: 프레임부
140: 외부 연장부
170: 내부 핀부
180: 케이스 내벽 열 분산부
185: 방열부
190: 커버부

Claims (10)

  1. 복수의 행과 열로 배열되며, 적어도 일부가 서로 접촉되도록 배치되는 복수의 원통형 셀; 일면이 개방되며 내측에 소정의 수용공간이 구비되며, 상기 수용공간에 상기 복수의 원통형 셀을 수용하는 케이스; 상기 케이스의 내측에 구비되며, 상기 복수의 원통형 셀 각각의 적어도 일부를 감싸 고정하며, 상기 복수의 원통형 셀의 배열 상태를 유지시켜주는 홀더부; 상기 케이스의 내부에서 상기 복수의 원통형 셀 사이마다 형성된 틈새공간을 이용하여 상기 복수의 원통형 셀 각각의 길이 방향을 따라 튜브 형상으로 돌출되며, 인접한 상기 복수의 원통형 셀에서 발생된 열을 분산하는 열 분산 튜브부;를 포함하고,
    상기 열 분산 튜브부는, 내부의 중공을 통해 공랭식 유로부를 구비하고,
    상기 공랭식 유로부는, 상기 케이스의 일면을 통해 상기 케이스의 외부로부터 공기를 유입시키고, 상기 유입시킨 공기는 상기 열 분산 튜브부의 중공을 통해 상기 케이스를 관통한 후, 상기 케이스의 타면을 통해 상기 케이스의 외부로 공기를 배출시키며,
    상기 케이스의 개방된 일면을 차폐시키도록 상기 케이스에 결합되는 커버부;를 더 포함하며, 상기 커버부는, 상기 공랭식 유로부의 출구와 연통되는 홀을 구비하고, 상기 케이스를 관통하여 상기 공랭식 유로부를 통해 유동하며 상기 복수의 원통형 셀 각각의 냉각에 사용된 공기는 상기 커버부의 홀을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 분산 튜브부는,
    그라파이트 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열 분산 튜브부는,
    상기 틈새공간으로 삽입되고, 상기 복수의 원통형 셀 각각에 대응하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는
    열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열 분산 튜브부는,
    외부 면이 서로 인접한 상기 복수의 원통형 셀 각각의 외부 면과 적어도 일부가 접촉되어, 상기 복수의 원통형 셀 각각에서 발생된 열이 상기 열 분산 튜브부로 전달되는 구조를 갖는
    열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 케이스의 일측에 구비되며, 상기 케이스에 전달된 열을 외부로 방열하는 방열부;
    를 더 포함하는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 분산 튜브부는,
    상기 틈새공간 내에서 상기 공랭식 유로부를 감싸 배치되는 환형 단면의 그라파이트 소재로 이루어진 제1 열 분산 튜브부;
    상기 틈새공간 내에서 상기 제1 열 분산 튜브부의 외측에 위치하며 상기 제1 열 분산 튜브부를 둘러 감싸며, 외부 면이 상기 복수의 원통형 셀과 접촉되는 환형 단면의 그라파이트 소재로 이루어진 제2 열 분산 튜브부; 및
    상기 제1 열 분산 튜브부의 외부와 상기 제2 열 분산 튜브부의 내부 사이를 연결하는 프레임부;
    를 포함하는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제4항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항의 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈을 포함하는
    배터리 팩.
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