KR102258175B1 - 발열 부품 냉각 수단을 구비한 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에서 냉매가 유동하는 냉각 채널을 구비한 배터리 모듈 조립체와, 상기 배터리 모듈 조립체의 일 측면에 배치되어 상기 배터리 모듈 조립체를 지지하는 팩 엔드 플레이트와, 발열 부품이 내장되며, 상기 팩 엔드 플레이트를 사이에 두고 상기 배터리 모듈 조립체와 이웃하게 배치되는 발열성 전장품과, 상기 냉각 채널과 연통하며 상기 팩 케이스 내,외부 방향으로 장착되는 냉각 채널 커넥터 및 열 전도성 소재로 마련되고 일측은 상기 냉각 채널 커넥터에 결합되고 타측은 상기 발열성 전장품에 결합되는 열전달 브라켓을 포함할 수 있다.

Description

발열 부품 냉각 수단을 구비한 배터리 팩{Battery Pack with means for cooling heat element}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 팩 내부 발열 부품들의 온도를 적절히 유지하기 위한 냉각 수단을 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치 뿐만 아니라, 내연 기관 및/또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 전기 자동차에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 상기 전기 자동차에는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 내연 기관 없이 전기 모터와 배터리로만 구동되는 순수 전기 자동차등이 포함된다.

전기 자동차의 경우, 많은 수의 이차 전지가 용량 및 출력을 높이기 위해 전기적으로 연결된다. 특히, 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

이러한 종래 배터리 팩은, 전기 자동차 등의 자동차에 장착되며 외관을 형성하는 팩 케이스, 팩 케이스 내에 구비되는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 모듈 조립체, 배터리 모듈들의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 BMS 어셈블리, 배터리 팩 내의 전류를 On/Off 시키기 위한 릴레이 어셈블리 등과 같은 전장품들을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 전기 자동차 등의 분야에서 최근의 배터리 팩들은 그 공간 효율성 때문에 기존보다 슬림화될 것이 요구되고 있다. 이러한 요구를 맞추기 위해 제조사들은 예컨대 BMS 어셈블리와 릴레이 어셈블리와 같은 전장 부품들을 배터리 모듈 조립체와 매우 가까운 위치에 집약적으로 조립하고 있다. 이와 같이 전장 부품들을 배터리 모듈 조립체와 바로 이웃하게 배치시키면 배터리 팩의 부피가 감소하게 되므로, 배터리 팩은 단위 부피당 에너지 밀도가 높아져 컴팩트하게 구현될 수 있다.

그런데 상기 전장 부품들 중에는 발열체를 다수 포함하고 있는 것들이 있다. 예컨대, 릴레이 어셈블리는 작동 중 발열량이 큰 컨택터(contactor)와 다이오드(diode)와 같은 발열체들을 내장하고 있는 전장 부품이다. 이와 같은 발열성 전장 부품은 바로 옆에 위치한 배터리 셀들의 온도를 상승시킴으로써 배터리 모듈 조립체의 온도 편차를 유발시킨다. 배터리 셀들의 온도 상승 및 배터리 모듈 조립체 내의 셀들 간의 온도 편차는 배터리 팩의 성능 저하, 수명 단축 및 나아가 장시간 발열이 지속되면 폭발로 이어질 가능성도 배제할 수 없다.

따라서 배터리 팩을 구성함에 있어서, 배터리 모듈의 온도 관리뿐만 아니라 그 주변 발열성 전장 부품에 대한 온도 관리도 매우 중요한 이슈가 아닐 수 없다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 팩 내부의 발열성 전장품을 냉각시킬 수 있는 냉각 수단을 구비한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 팩 케이스 내부에서 냉매가 유동하는 냉각 채널을 구비한 배터리 모듈 조립체; 상기 배터리 모듈 조립체의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 배터리 모듈 조립체를 지지하는 팩 엔드 플레이트; 발열 부품이 내장되며, 상기 팩 엔드 플레이트를 사이에 두고 상기 배터리 모듈 조립체와 이웃하게 배치되는 발열성 전장품; 상기 냉각 채널과 연통하며 상기 배터리 팩 케이스에 장착되는 냉각 채널 커넥터; 및 열 전도성 소재로 마련되고, 일측은 상기 냉각 채널 커넥터에 결합되고, 타측은 상기 발열성 전장품에 결합되는 열전달 브라켓을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

상기 열전달 브라켓은, 상기 발열성 전장품과 면 접촉하며, 상기 팩 엔드 플레이트에 결합되는 제1 열전달 브라켓; 및 상기 제1 열전달 브라켓과 상기 냉각 채널 커넥터에 결합되는 제2 열전달 브라켓을 포함할 수 있다.

상기 제1 열전달 브라켓은 상기 팩 엔드 플레이트의 일면에 나란하게 결합되는 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트에 대해 절곡 연장되어 상기 발열성 전장품의 일 측면과 면 접촉하는 수직 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 제2 열전달 브라켓은, 상기 수직 플레이트와 면 접촉되도록 마련되는 제1 연결 플레이트와, 상기 제1 연결 플레이트에 대해 절곡 연장되어 상기 냉각 채널 커넥터와 면 접촉 가능하게 마련되는 제2 연결 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 냉각 채널 커넥터는, 상기 냉각 채널과 연통하며 상기 팩 케이스에 형성된 커넥터용 홀에 장착되는 커넥터 본체; 커넥터 본체에서 연장되어 상기 커넥터용 홀을 통과하여 배터리 팩 케이스 외부로 노출되는 포트; 및 판상체 형상으로 상기 커넥터 본체와 한 몸체로 형성되고 상기 제2 열전달 브라켓과 접촉하여 열 교환을 행하는 쿨링핀을 포함할 수 있다.

상기 쿨링핀은 몸체에 대해 절곡된 형태로 마련되는 끝단부를 구비하고, 상기 제2 열전달 브라켓에는 상기 쿨링핀의 끝단부가 삽입되어 걸리게 되는 걸림홈이 형성될 수 있다.

제2 열전달 브라켓에는 상기 쿨링핀이 억지 끼움되어 상기 쿨링핀의 양면과 접촉하는 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 냉각 채널 커넥터는, 상기 냉각 채널의 유입구와 연통하는 인렛 커넥터, 상기 냉각 채널의 유출구와 연통하는 아웃렛 커넥터를 포함하며, 상기 인렛 커넥터와 상기 아웃렛 커넥터 중 적어도 어느 하나는 상기 열전달 브라켓을 매개로 상기 발열성 전장품와 열 교환을 행할 수 있다.

상기 인렛 커넥터와 상기 아웃렛 커넥터는 상기 발열성 전장품를 사이에 두고 나란하게 배치되어, 각각 상기 발열성 전장품와 열 교환을 행할 수 있다.

상기 팩 엔드 플레이트와 상기 제1 열전달 브라켓은 용접 결합되고, 상기 발열성 전장품은 상기 제1 열전달 브라켓에 볼트 체결될 수 있다.

상기 제2 열전달 브라켓은 구리(CU) 또는 알루미늄(Al) 재질로 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다. 상기 자동차는 전기 자동차나 하이브리드 자동차를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈과 인접한 발열성 전장 부품을 효과적으로 냉각시킬 수 있음으로 배터리 팩 운용 중 전장 부품의 발열에 따른 배터리 팩, 특히 발열성 전장 부품과 인접한 배터리 모듈의 온도 상승을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 배터리 모듈의 온도 관리를 위한 냉각 수단을 이용하여 발열성 전장 부품이 함께 냉각될 수 있음으로, 발열성 전장 부품을 냉각 시키기 위한 별도의 구성품 수가 크게 필요하지 않아 냉각 장치의 경제성과 효율성이 도모될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 팩 커버를 분리한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 커넥터와 배터리 모듈 조립체 의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 결합 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 엔드 플레이트를 사이에 두고 배치된 발열성 전장품과 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 주요 부분 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열성 전장품의 냉각 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿨링핀과 제2 연결 플레이트의 결합 전,후를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시예의 변형예를 나타낸 개략적인 사시도이다.

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 안 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 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

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.

이하 설명할 본 발명의 배터리 팩(10)은, 자동차의 에너지원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(10)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 등에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(10)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지로서의 배터리 셀을 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도, 도 2는 도 1에서 팩 커버를 분리한 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 커넥터와 다수의 배터리 모듈 조립체의 조립 구성을 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 부분 분리 사시도이다.

이들 도면들에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩(10)은 팩 케이스(100), 다수의 배터리 모듈 조립체(200), 팩 엔드 플레이트(300), 발열 부품을 내장한 발열성 전장품(400), 열전달 브라켓(500) 및 냉각 채널 커넥터(600)를 포함할 수 있다.

팩 케이스(100)는 배터리 팩(10)의 외관을 형성하며, 전기 자동차에 장착될 수 있다. 이러한 팩 케이스(100)는, 케이스 커버(110) 및 케이스 트레이(120)를 포함할 수 있다.

케이스 커버(110)는 배터리 모듈 조립체(200), 팩 엔드 플레이트(300), 기타 각종 전장 부품 등의 구성 요소들을 패키징하도록 케이스 트레이(120)와 상호 결합될 수 있다.

케이스 트레이(120)는 배터리 모듈 조립체(200), 팩 엔드 플레이트(300), 기타 각종 전장 부품 등의 구성 요소들을 지지하며, 전기 자동차의 차체 등에 장착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈 조립체(200)는 상기 팩 케이스(100) 내부에 수용되며, 상호 전기적으로 연결되는 복수 개의 배터리 모듈(210)들과 냉각 채널(220)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 모듈(210)들은 상기 팩 케이스(100)의 전후 방향(X축 방향)을 따라 일렬로 배열되며, 상기 케이스 트레이(120)에 고정 장착될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(210)은 다수의 이차 전지와 다수의 이차 전지들을 적층시키기 위한 카트리지(211)와, 배터리 모듈(210) 최외곽에 배치되는 모듈 엔드 플레이트(215)와 배터리 모듈(210) 내의 이차 전지들의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치(216)를 포함할 수 있다.

도면의 편의상 도시하지 않았으나, 상기 다수의 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 실질적으로 배터리 모듈(210)은 이들 다수의 이차 전지들의 집합체일 수 있다. 파우치형 이차 전지는 기계적 강성이 부족하기 때문에 이차 전지의 홀딩 및 그 유동을 방지하기 위해 카트리지(211)를 사용한다.

본 실시예의 카트리지(211)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 사각 링 형태의 적층용 프레임(212)과 이에 장착되는 냉각 플레이트(213), 그리고 냉각 플레이트(213)의 둘레를 감싸는 냉각 튜브(214)를 포함할 수 있다.

냉각 플레이트(213)는 열 전도성을 가지는 박형의 부재라면 그것의 두께나 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재의 시트형 판재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열 전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.

또한, 냉각 플레이트(213)의 테두리에는 냉각 튜브(214)가 장착될 수 있다. 이러한 냉각 플레이트에 이차 전지가 안착되기 때문에 이차 전지에서 발생된 열은 냉각 플레이트로 전도되고, 냉각 플레이트(213)의 열은 냉각 튜브(214)에 흐르는 냉각수에 의해 흡수될 수 있다. 이때 상기 냉각 튜브(214)에 흐르는 냉각수는 냉각 채널(220)로부터 공급된다. 여기서 냉각 채널(220)은 팩 케이스(100) 내부에서 냉각수가 순환할 수 있도록 마련된 유로이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 채널(220)은 배터리 모듈 조립체(200) 하부에 배치되고, 냉각 튜브들은 이러한 냉각 채널에 수직으로 직결되게 구성된다. 따라서, 배터리 팩(10) 외부에서 유입된 냉각수는 냉각 채널(220)을 따라 흐르며, 카트리지(211)들 내의 냉각 튜브(214)들로 분기될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 냉각 채널(220)은, 적층용 프레임(212)에 일체로 형성된 파이프 형태의 관상체(220a)들을 상호 연결시킴으로서 구성될 수 있다. 이를테면, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 적층용 프레임(212)의 하단부 코너 영역에 관상체(220a)가 구비될 수 있다. 적층용 프레임(212)들을 상호 적층 내지 조립하면, 관상체(220a)들이 서로 연결됨으로서 냉각 채널(220)이 형성될 수 있다. 상기 냉각 채널(220)은 냉각 채널 커넥터(600)와 연통될 수 있다.

냉각 채널 커넥터(600)는 팩 케이스(100)에 고정 장착되어 배터리 팩(10) 외부의 냉각수 공급 장치(미도시)와 연결되는 구성으로 팩 케이스(100)의 전면부에 배치될 수 있다.

본 실시예에 따른 냉각 채널 커넥터(600)는 커넥터 본체(611,621), 포트(612,622), 및 쿨링핀(623)을 포함할 수 있다.

커넥터 본체(611,621)는 냉각 채널(220)과 연통하며 팩 케이스(100)의 전면에 형성된 커넥터용 홀에 장착될 수 있다. 구체적으로, 커넥터 본체(611,621)는 전단부가 커넥터용 홀에 끼워 넣어진 상태에서 전단부 뒷쪽에 위치한 플랜지가 팩 케이스(100) 내벽에 볼트 체결됨으로써 팩 케이스(100)에 고정 장착될 수 있다.

상기 전단부와 커넥터용 홀의 형상은(도 1 참조) 고정력 향상을 위해 육각 형태로 마련될 수 있다. 이러한 커넥터 본체(611,621)는 팩 케이스(100) 내부에서 직접 냉각 채널(220)과 연결되거나 연장 호스 또는 배관을 매개로 냉각 채널(220)과 연결될 수 있다.

포트(612,622)는 커넥터 본체(611,621)에서 연장되어 상기 커넥터용 홀을 통과하여 팩 케이스(100) 외부로 노출될 수 있다. 이러한 포트(612,622)는 배터리 팩(10) 외부에서 냉각수 공급 장치와 연결될 수 있다.

쿨링핀(623)은 열 전도성 재질의 판상체 형상으로 커넥터 본체(611,621)와 한 몸체로 마련되며, 후술할 제2 열전달 브라켓(520)과 접촉하여 제2 열전달 브라켓(520)과 열 교환을 행하는 구성이다. 쿨링핀(623)에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.

냉각 채널 커넥터(600)는 2개가 마련될 수 있으며, 상기 2개의 냉각 채널 커넥터(600)는 외부에서 냉각수를 유입시키기 위한 인렛 커넥터(610)와 외부로 냉각수를 유출시키기 위한 아웃렛 커넥터(620)일 수 있다. 인렛 커넥터(610)는 팩 케이스(100) 내부에서 냉각 채널(220)의 유입구와 연통되며, 아웃렛 커넥터(620)는 냉각 채널(220)의 유출구와 연통될 수 있다. 여기서 냉각 채널(220)의 유입구와 유출구는 팩 케이스(100)의 전면부에 제일 가깝게 위치한 관상체(220a)해당한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 엔드 플레이트를 사이에 두고 배치된 발열성 전장품과 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.

도 2와 함께 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(200)의 양쪽 외측면에는 팩 엔드 플레이트(300)가 구비될 수 있다. 팩 엔드 플레이트(300)는 대략 넓은 면적을 가진 플레이트 형태로 마련될 수 있으며, 배터리 모듈 조립체(200)의 양쪽 외측면을 커버할 수 있다. 이러한 팩 엔드 플레이트(300)는 배터리 모듈 조립체(200)의 양쪽 외측면에서 배터리 모듈 조립체(200)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 팩 엔드 플레이트(300)는 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 제작될 수 있다.

한편, 상기 팩 엔드 플레이트(300)를 사이에 두고 배터리 모듈 조립체(200)와 바로 이웃한 위치에 발열성 전장품(400)이 배치될 수 있다. 발열성 전장품(400)은 전장 박스 내부에 발열 부품을 내장하고 있을 수 있다. 예컨대, 상기 발열성 전장품(400)은 컨택터(contactor), 다이오드(diode)와 같은 발열 부품을 포함하는 릴레이 어셈블리일 수 있다. 릴레이 어셈블리는 차량 충돌 등 비상 시 배터리 팩(10) 내의 전류를 선택적으로 차단시키기 위한 제어 장치이다. 물론, 발열성 전장품(400)이 반드시 릴레이 어셈블리에 국한되는 것은 아니며, 배터리 팩(10) 운용에 있어서 발열을 일으키는 기타 전장품일 수 있다. 이러한 발열성 전장품(400)은 운용 중 과열되면 필연적으로 주변의 배터리 모듈(210)의 온도를 상승시킬 우려가 있다.

열전달 브라켓(500)은 상기 발열성 전장품(400)에서 발생되는 열을 전해 받아 냉각시키는 역할을 한다. 보다 정확하게는 열전달 브라켓(500)은 발열성 전장품(400)의 열을 흡수하여 냉각 채널 커넥터(600)로 전달하는 역할을 한다. 따라서 열전달 브라켓(500)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 열 전도성이 우수한 소재로 제작될 수 있다.

도 6은 도 5의 주요 부분 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열성 전장품의 냉각 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

이들 도면들에 도시한 바와 같이, 상기 열전달 브라켓(500)은 일측은 냉각 채널 커넥터(600)에 결합되고, 타측은 발열성 전장품(400)에 결합되게 구성될 수 있다. 이를테면, 본 실시예에서 열전달 브라켓(500)은 발열성 전장품(400) 및 팩 엔드 플레이트(300)와 결합하는 제1 열전달 브라켓(510)과, 상기 제1 열전달 브라켓(510) 및 냉각 채널 커넥터(600)와 결합하는 제2 열전달 브라켓(520)을 포함할 수 있다.

제1 열전달 브라켓(510)은 팩 엔드 플레이트(300)의 일면에 나란하게 고정 결합되는 수평 플레이트(511)와, 상기 수평 플레이트(511)에 대해 절곡 연장되어 발열성 전장품(400)의 일면에 고정 결합되는 수직 플레이트(512)를 포함할 수 있다.

수평 플레이트(511)는 팩 엔드 플레이트(300)에 용접 결합될 수 있고, 발열성 전장품(400)은 수직 플레이트(512)에 볼트 체결되어 상기 수직 플레이트(512)에 고정 장착될 수 있다.

특히, 상기 발열성 전장품(400)의 적어도 일면은 수직 플레이트(512)의 일 측면과 면 접촉되게 마련된다. 따라서 발열성 전장품(400)에 발생된 열은 제1 열전달 브라켓(510)으로 방열될 수 있다. 이때 발열성 전장품(400)과 수직 플레이트(512) 사이에는 서멀구리스와 같은 열전달 물질(thermal interface material)이 더 개재될 수도 있다.

참고로, 전장품은 유지, 보수가 필요할 수 있는 구성품이라는 점에서 발열성 전장품(400)을 상기 수직 플레이트(512)에 볼트로 고정한 것이나, 본 발명의 권리범위가 이러한 사항에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 발열성 전장품(400)은 제1 열전달 브라켓(510)에 용접 또는 접착될 수도 있을 것이다.

제2 열전달 브라켓(520)은 상기 수직 플레이트(512)에 나란하게 고정 결합되는 제1 연결 플레이트(521)와, 상기 제1 연결 플레이트(521)에 대해 절곡 연장되어 냉각 채널 커넥터(600)에 고정 결합되는 제2 연결 플레이트(522)를 포함할 수 있다.

제1 연결 플레이트(521)는 상기 수직 플레이트(512)와 볼트 체결되며 수직 플레이트(512)의 타 측면과 면 접촉되게 마련된다. 그리고 제2 연결 플레이트(522)는 주변 구조물들을 우회하여 냉각 채널 커넥터(600)에 접속될 수 있도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 형태로 마련될 수 있다.

이와 같이 제1 연결 플레이트(521)에서 연장된 제2 연결 플레이트(522)의 일 부분과 냉각 채널 커넥터(600)의 쿨링핀(623)은 면 접촉된 상태에서 볼트(B) 체결될 수 있다. 이때 제2 연결 플레이트(522)와 쿨링핀(623) 사이에도 열전달 물질(thermal interface material)이 더 개재될 수도 있다.

이러한 구성으로 발열성 전장품(400)에서 발생한 열은 수직 플레이트(512), 제1 연결 플레이트(521), 제2 연결 플레이트(522), 쿨링핀(623) 방향으로 전도될 수 있다.

커넥터 본체(611,621) 내부에는 냉각수가 유동하므로, 상기 커넥터 본체(611,621)와 한 몸체를 이루고 있는 쿨링핀(623)은 냉각수가 순환하는 동안에 항상 저온을 유지할 수 있다. 따라서 발열성 전장품(400)의 열이 열전달 브라켓(500)을 통해 쿨링핀(623)으로 흡수될 수 있다. 이와 같이 발열성 전장품이 냉각될 수 있기 때문에, 발열성 전장품(400)이 배터리 모듈(210)과 매우 가깝게 설치되더라도 배터리 모듈(210)의 온도 상승에 영향을 미치지 않는다. 더욱이, 배터리 모듈(210) 자체에 발생한 열이 쿨링핀(623)에 의해 상대적으로 저온 상태를 유지하는 발열성 전장품(400)으로 흡수될 수도 있어 배터리 모듈(210) 냉각에 도움이 될 수도 있을 것이다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿨링핀과 제2 연결 플레이트의 결합 전,후를 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 9의 실시예의 변형예를 나타낸 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 쿨링핀(623)은 몸체에 대해 절곡된 형태로 마련되는 끝단부를 구비하여, 상기 끝단부가 제2 연결 플레이트(522)에 형성되어 있는 걸림홈(522a)에 삽입되어 걸릴 수 있게 구성될 수 있다. 이 경우, 전후 방향으로 유동이 억제될 수 있어 쿨링핀(623)과 제2 연결 플레이트(522) 간의 체결 용이성 및 고정성이 높아질 수 있다.

또한, 본 실시예의 변형예로서 쿨링핀(623)은 제2 연결 플레이트(522)와 억지 끼움되게 구성될 수도 있다. 이를테면, 도 10에 도시한 도 9의 실시예의 변형예에 의하면, 쿨링핀(623)은 제2 연결 플레이트(522)에 형성된 슬롯(522b)에 억지 끼움되게 구성될 수 있다. 이 경우, 쿨링핀(623)의 양면이 제2 연결 플레이트(522)의 슬롯(522b)에 모두 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 쿨링핀(623)과 제2 연결 플레이트(522)의 접촉 면적이 도 9의 실시예에 비해 더 넓으므로 열 전달 효율이 더 높아질 수 있다. 더불어 쿨링핀(623)이 상기 슬롯(522b)에 억지 끼움되어 슬롯(522b) 내에 고정됨으로 냉각 채널 커넥터(600)의 위치 고정력이 높아질 수 있다.

한편, 본 명세서에서 발열성 전장품(400)의 냉각 수단으로서, 냉각 채널 커넥터(600) 중 아웃렛 커넥터(620)만 사용한 예를 도면으로 도시하였으나, 인렛 커넥터(610)도 사용될 수 있음은 물론이다. 즉, 본 발명에 의하면, 인렛 커넥터(610)와 아웃렛 커넥터(620) 중 적어도 어느 하나가 열전달 브라켓(500)을 매개로 발열성 전장품(400)과 열 교환을 행하도록 얼마든지 구성될 수 있다. 이를테면, (도 3 내지 도 5 참조) 발열성 전장품(400)을 사이에 두고 인렛 커넥터(610)와 아웃렛 커넥터(620)를 나란하게 배치한다. 그리고 인렛 커넥터(610)에도 아웃렛 커넥터(620)와 같은 쿨링핀(623)을 마련하고, 상기 쿨링핀(623)과 연결될 수 있는 열전달 브라켓(500)을 발열성 전장품(400)의 타 측면(도 5에서 열전달 브라켓(500)이 장착된 면의 맞은 편)에도 장착한다. 이 경우, 인렛 커넥터(610)와 아웃렛 커넥터(620) 모두가 발열성 전장품(400)의 냉각 수단으로 사용됨으로 냉각 성능이 더 향상될 수 있을 것이다.

이러한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 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 당업자에 게 자명하다.

10: 배터리 팩 100: 팩 케이스
110: 케이스 커버 120: 케이스 트레이
200: 배터리 모듈 조립체 210: 배터리 모듈
211: 카트리지 212 : 적층용 프레임
213: 냉각 플레이트 214: 냉각 튜브
220: 냉각 채널 300: 팩 엔드 플레이트
400: 발열성 전장품 500: 열전달 브라켓
510: 제1 열전달 브라켓 511: 수평 플레이트
512: 수직 플레이트 520: 제2 열전달 브라켓
521: 제1 연결 플레이트 522: 제2 연결 플레이트
522a: 걸림홈 600: 냉각 채널 커넥터
610 : 인렛 커넥터 620: 아웃렛 커넥터
611,621: 커넥터 본체 612,622: 포트
623: 쿨링핀

Claims (12)

1. 팩 케이스 내부에서 냉매가 유동하는 냉각 채널을 구비한 배터리 모듈 조립체;
   상기 배터리 모듈 조립체의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 배터리 모듈 조립체를 지지하는 팩 엔드 플레이트;
   발열 부품이 내장되며, 상기 팩 엔드 플레이트를 사이에 두고 상기 배터리 모듈 조립체와 이웃하게 배치되는 발열성 전장품;
   상기 냉매의 공급 또는 배출을 위해 상기 냉각 채널과 연통하며 상기 팩 케이스의 내부와 외부에 걸쳐 배치되는 냉각 채널 커넥터; 및
   상기 팩 엔드 플레이트에 결합되고 상기 발열성 전장품과 면 접촉하는 제1 열전달 브라켓;과 상기 제1 열전달 브라켓과 상기 냉각 채널 커넥터을 연결되는 제2 열전달 브라켓;을 구비하며, 열전도성 소재로 마련되는 열전달 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 열전달 브라켓은 상기 팩 엔드 플레이트의 일면에 나란하게 결합되는 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트에 대해 절곡 연장되어 상기 발열성 전장품의 일 측면과 면 접촉하는 수직 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 열전달 브라켓은, 상기 수직 플레이트와 면 접촉되도록 마련되는 제1 연결 플레이트와, 상기 제1 연결 플레이트에 대해 절곡 연장되어 상기 냉각 채널 커넥터와 면 접촉 가능하게 마련되는 제2 연결 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 채널 커넥터는,
   상기 냉각 채널과 연통하며 상기 팩 케이스에 형성된 커넥터용 홀에 장착되는 커넥터 본체;
   커넥터 본체에서 연장되어 상기 커넥터용 홀을 통과하여 상기 팩 케이스 외부로 노출되는 포트; 및
   판상체 형상으로 상기 커넥터 본체와 한 몸체로 형성되고 상기 제2 열전달 브라켓과 접촉하여 열 교환을 행하는 쿨링핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 쿨링핀은 몸체에 대해 절곡된 형태로 마련되는 끝단부를 구비하고, 상기 제2 열전달 브라켓에는 상기 쿨링핀의 끝단부가 삽입되어 걸리게 되는 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제5항에 있어서,
   제2 열전달 브라켓에는 상기 쿨링핀이 억지 끼움되어 상기 쿨링핀의 양면과 접촉하는 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 채널 커넥터는, 상기 냉각 채널의 유입구와 연통하는 인렛 커넥터, 상기 냉각 채널의 유출구와 연통하는 아웃렛 커넥터를 포함하며,
   상기 인렛 커넥터와 상기 아웃렛 커넥터 중 적어도 어느 하나는 상기 열전달 브라켓을 매개로 상기 발열성 전장품와 열 교환을 행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제8항에 있어서,
   상기 인렛 커넥터와 상기 아웃렛 커넥터는 상기 발열성 전장품를 사이에 두고 나란하게 배치되어, 각각 상기 발열성 전장품와 열 교환을 행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제1항에 있어서,
    상기 팩 엔드 플레이트와 상기 제1 열전달 브라켓은 용접 결합되고, 상기 발열성 전장품은 상기 제1 열전달 브라켓에 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전달 브라켓은 구리(CU) 또는 알루미늄(Al) 재질로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제1항 및 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차.

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