KR102259414B1 - 히트싱크 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공간 활용성을 향상시키는 히트싱크(heat sink) 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 단위 셀을 포함하는 셀 어셈블리를 냉각시키기 위해 히트싱크는, 냉매가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성되며 상기 셀 어셈블리의 일 측면에 결합되는 제1 히트싱크; 및 냉매가 통과하는 제2 냉각 유로가 형성되며 상기 셀 어셈블리의 타 측면에 결합되는 제2 히트싱크를 포함한다. 본 발명은 셀 어셈블리의 양 측면에 히트싱크를 결합시킴으로써, 배터리 팩의 높이를 상승시키지 않고 배터리 팩의 Z축 공간을 확보한다.

Description

히트싱크 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Heat sink and battery module including the same}
본 발명은 공간 활용성을 향상시키는 히트싱크(heat sink) 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(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 주목받고 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 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 배터리 모듈에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다.
상기 배터리 팩을 냉각하기 위한 방법으로서, 간접 수냉식 방법이 있다.
상기 간접 수냉식 방법은, 냉각 유로가 형성된 히트싱크를 이용하여 배터리 모듈의 발열을 방지하는 방식으로서, 일반적으로 단일의 히트싱크가 배터리 모듈의 하단부에 결합되어, 배터리 모듈의 열을 흡수한다.
도 1과 도 2는 간접 수냉식 방법에 따라 적용된 종래의 히트싱크를 나타내는 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 종래의 히트싱크(1)는 셀 어셈블리(2)의 하면과 결합되어, 셀 어셈블리(2)의 열을 냉각시킨다. 상기 히트싱크(1)의 내부에는 냉각 유로가 형성되고, 냉매 유입관(3)와 냉매 유출관(4)이 형성된다. 상기 냉매 유입관(3)에 냉매가 유입되면, 상기 냉매는 히트싱크(1) 내부에 형성된 냉각 유로를 순환하여 셀 어셈블리(2)을 냉각시키고 냉매 유출관(4)을 통해서 유출된다.
그런데 종래의 간접 수냉식 방식에 따른 히트싱크 구조는 전체 배터리 팩의 높이를 증가시키는 문제점으로 작용한다. 즉, 종래의 히트싱크(1)의 상면과 셀 어셈블리(2)의 하면이 밀착 결합됨에 따라, 배터리 팩의 전체 높이가 증가하게 된다.
또한, 히트싱크(1)의 상면과 셀 어셈블리(2)의 하면이 결합되는 경우에, 냉매 유입관(3)과 냉매 유출관(4)에서 차압(differential pressure)이 상승하는 문제점도 존재한다. 구체적으로, 히트싱크(1)는 셀 어셈블리(2)의 하면과 밀착 결합되기 구조이기 때문에, 냉매 유입관(3)과 냉매 유출관(4) 각각이 두 번씩 절곡되고, 이러한 절곡 구조로 인하여 절곡된 부분에서 차압이 증가하는 문제점이 존재한다. 즉, 냉매 유입관(3)과 냉매 유출관(4) 각각은, 수직 방향에서 수평 방향으로 1차 절곡되고, 수평 방향에서 수직 방향으로 2차 절곡되어, 이러한 복수의 절곡 구조에 의해서, 냉매 유입관(3)과 냉매 유출관(4)에서 차압이 상승하게 된다.
특허공개공보 제10-2013-0062056호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공간 활용성을 증대시킨 히트싱크 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉매 유입관과 냉매 유출관의 절곡을 최소화하여 차압을 감소시키는 히트싱크 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 하나 이상의 단위 셀을 포함하는 셀 어셈블리를 냉각시키기 위해 히트싱크는, 냉매가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성되며 상기 셀 어셈블리의 일 측면에 결합되는 제1 히트싱크; 및 냉매가 통과하는 제2 냉각 유로가 형성되며 상기 셀 어셈블리의 타 측면에 결합되는 제2 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 히트싱크는, 상기 제2 냉각 유로의 일단과 연결되는 냉매 유입관을 포함하고, 상기 제1 히트싱크는, 상기 제1 냉각 유로의 일단과 연결되는 냉매 유출관을 포함할 수 있다. 상기 제2 냉각 유로의 타단은 냉매 연결관과 연결되고, 상기 제1 냉각 유로의 타단은 상기 냉매 연결관과 연결된다.
상기 제2 냉각 유로의 타단에 제2 연결 포트가 형성되어 상기 제2 연결 포트를 통해 상기 제2 냉각 유로의 타단이 상기 냉매 연결관과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 냉각 유로의 타단에 제1 연결 포트가 형성되어 상기 제1 연결 포트를 통해 상기 제1 냉각 유로의 타단이 상기 냉매 연결관과 연결될 수 있다.
상기 냉매 유입관을 통해 유입된 냉매는 상기 제2 냉각 유로, 상기 냉매 연결관 및 상기 제1 냉각 유로를 통과한 후에서, 상기 냉매 유출관을 통해 유출된다.
상기 냉매 유입관과 상기 냉매 유출관은 아래 방향으로 절곡되어, 냉매 입구와 냉매 출구가 근접된 위치에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 냉매 유출관은 상기 제2 히트싱크 방향으로 수평 연장되고 상기 제2 히트싱크의 근접 지점에서 아래 방향으로 절곡될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 냉매 유입관은, 상기 제1 히트싱크 방향으로 수평 연장되고 상기 제1 히트싱크의 근접 지점에서 아래 방향으로 절곡될 수 있다.
본 발명은 셀 어셈블리의 양 측면에 히트싱크를 결합시킴으로써, 배터리 팩의 높이를 상승시키지 않고 배터리 팩의 Z축 공간을 확보하는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 복수의 히트싱크가 하나의 냉매 유입관과 하나의 냉매 유출관을 공용하도록 설계함으로써, 배터리 모듈의 공간 활용성을 더욱 증대시키고 배터리 모듈의 제조단가를 절감시키는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 양 측면에 설치된 복수의 히트싱크를 통하여 셀 어셈블리를 냉각시키기 때문에, 종래의 간접 수냉식 방법보다 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시키는 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 냉매 유입관과 냉매 유출관을 절곡을 최소화함으로써, 냉매 유입관과 냉매 유출관 내에서 발생하는 차압을 감소시키는 장점도 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1과 도 2는 간접 수냉식 방법에 따라 적용된 종래의 히트싱크를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀 어셈블리와 히트싱크의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀 어셈블리와 히트싱크가 결합된 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀 어셈블리와 히트싱크의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀 어셈블리와 히트싱크가 결합된 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 셀 어셈블리(110)와 복수의 히트싱크(120, 130)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(110)는 다수의 단위 셀(111)이 측면으로 적층되어, 직렬 또는 병렬로 연결된 모듈로서, 측면에 전극 리드가 노출될 수 있다.
상기 단위 셀(111)은 음극판, 세퍼레이터 및 양극판을 포함하는 음극판, 세퍼레이터 및 양극판을 포함하는 셀이 반복적으로 적층된 구조를 가진다.
상기 셀 어셈블리(110)는 하나 이상의 단위 셀(111)을 포함하는 것으로, 단위 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 각각의 단위 셀(111)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지 셀, 리튬 폴리머 전지 셀, 니켈 카드늄 전지 셀, 니켈 수소 전지 셀, 니켈 아연 전지 셀 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 셀 어셈블리(110)에 포함되는 단위 셀(111)의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나 본 발명이 단위 셀(111)의 종류, 출력전압, 충방전 용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 상기 단위 셀(111)의 전기적 연결 방법에 따라 제한되지 않는다.
각각의 히트싱크(120, 130)는 간접 수냉식 방식으로 셀 어셈블리(110)를 냉각하기 위한 수단으로서, 열 전도성이 우수한 소재(예컨대, 알루미늄 등)로 형성되고, 내부에는 냉매가 유동되는 공간인 냉각 유로(122, 132)가 형성된다.
각각의 히트싱크(120, 130)에 형성된 냉각 유로(122, 132)는, 도 3 및 도 4에 도시된 형상으로 히트싱크(120, 130)에 형성될 수도 있고, 다양한 형상의 냉각 유로(122, 132)가 각 히트싱크(120, 130)에 형성될 수도 있다. 또한, 제1 히트싱크(120)와 제2 히트싱크(130) 각각에는, 서로 상이한 형상의 냉각 유로가 형성될 수도 있다.
제1 히트싱크(120)에는 볼트와 같은 체결 부재가 삽입될 수 있는 복수의 관통홀(121)이 형성되고, 이 관통홀(121)에 체결 부재가 삽입되고 체결되어, 제1 히트싱크(120)가 셀 어셈블리(110)의 일 측면에 밀착 결합된다. 즉, 제1 히트싱크(120)는 셀 어셈블리(110)의 일 측면과 결합되어, 냉각 유로(122)를 통해서 유동하는 냉매를 통해서, 셀 어셈블리(110)의 단위 셀(111)에서 발생하는 열 에너지를 흡수하여 발산시킨다.
상기 제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)의 일단에는 냉매 유출관(124)이 형성되고, 타단에는 연결 포트(123)가 형성된다.
상기 냉매 유출관(124)은 일정 길이를 가지는 파이프 형상으로 제작될 수 있으며, 내부에 냉매가 유동할 수는 공간을 형성된다. 상기 냉매 유출관(124)의 일단은 냉각 유로(122)의 일단과 연결되고, 냉매 유출관(124)의 타단은 냉매 출구(b)가 형성된다.
또한, 상기 냉매 유출관(124)의 일단은 용접 방식, 체결 방식 등을 통해서 상기 냉각 유로(122)의 일단과 연결될 수도 있다. 또한, 상기 냉매 유출관(124)과 상기 냉각 유로(122)는 일체형으로 제작될 수도 있다.
제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)의 타단에 형성된 연결 포트(123)는 냉매 연결관(140)과 체결 방식, 용접 방식 등으로 결합되어, 냉매가 유동하는 통로를 냉각 유로(122)와 냉매 연결관(140) 간에 형성한다. 상기 냉매 연결관(140)을 통해서 전달된 냉매는 제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)로 유입된다.
상기 냉매 유출관(124)은 제2 히트싱크(130)의 방향으로 수평 연장되고, 상기 제2 히트싱크(130)의 근접 지점에서 아래 수직방향으로 절곡되고 연장되어, 냉매 출구(b)가 냉매 입구(a)와 서로 근접하게 된다. 이렇게 냉매 출구(b)와 냉매 입구(a)가 서로 근접하게 위치하게 됨에 따라, 냉매의 유입과 유출을 제어하기가 더욱 용이해 진다. 또한, 냉매 유출관(124)은 아래 방향으로 한번만 절곡되기 때문에, 종래의 히트싱크와 비교하여 절곡되는 횟수가 감소되어 내부의 차압도 감소된다.
냉매 유출관(124)과 제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)의 연결 구조에 의해서, 제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)를 순환한 냉매는 냉매 유출관(124)을 통해서 유출된다.
유사하게, 제2 히트싱크(130)에는 볼트와 같은 체결 부재가 삽입될 수 있는 복수의 관통홀(131)이 형성되고, 이 관통홀(131)에 체결 부재가 삽입되어 체결되어, 제2 히트싱크(130)가 셀 어셈블리(110)의 타 측면에 밀착 결합된다. 즉, 제1 히트싱크(120)는 셀 어셈블리(110)의 일 측면과 결합되고, 제2 히트싱크(130)는 상기 일 측면과 대향되는 타 측면에서 셀 어셈블리(110)와 결합되어, 냉각 유로(132)를 통해서 유동하는 냉매를 통해서, 상기 셀 어셈블리(110)의 단위 셀(111)에서 발생하는 열 에너지를 흡수하여 발산시킨다.
상기 제2 히트싱크(130)의 냉각 유로(132)의 일단에는 냉매 유입관(134)이 형성되고, 타단에는 연결 포트(133)가 형성된다.
상기 냉매 유입관(134)은 일정 길이를 가지는 파이프 형상으로 제작될 수 있으며, 내부에 냉매가 유동할 수는 공간이 형성된다. 상기 냉매 유입관(134)의 일단은 냉각 유로(132)의 일단과 연결되고, 냉매 유입관(134)의 타단에는 냉매 입구(a)가 형성된다. 상기 냉매 유입관(134)의 일단은 용접 방식, 체결 방식 등을 통해서 상기 냉각 유로(132)의 일단과 연결될 수도 있다. 또한, 상기 냉매 유입관(134)과 상기 냉각 유로(132)는 일체형으로 제작될 수도 있다.
제2 히트싱크(130)의 냉각 유로(132)의 타단에 형성된 연결 포트(133)는 냉매 연결관(140)과 체결 방식, 용접 방식 등으로 결합되어, 냉매가 유동하는 통로를 냉각 유로(132)와 냉매 연결관(140) 간에 형성하고, 냉각 유로(132)를 통해 순환한 냉매를 냉매 연결관(140)으로 제공한다.
상기 냉매 유입관(134)은 아래 수직방향으로 절곡되고 연장되어, 냉매 입구(a)가 아래 방향으로 형성되게 한다. 특히, 냉매 유입관(134)은 아래 방향으로 한 번만 절곡되기 때문에, 종래의 히트싱크와 비교하여 절곡되는 횟수가 감소되어 내부 차압도 감소된다.
냉매 유입관(134)과 제2 히트싱크(130)의 냉각 유로(132) 및 냉매 연결관(140)의 연결 구조에 의해서, 냉각 입구(a)를 통해서 유입된 냉매는 제2 히트싱크(130)의 냉각 유로(132) 및 냉매 연결관(140)을 통과한다.
또한, 제1 히트싱크(120), 제2 히트싱크(130) 및 냉매 연결관(140)의 연결 구조에 의해, 복수의 히트싱크(120, 130)를 포함하는 배터리 모듈(100)에는, 하나의 냉매 입구(a), 하나의 냉매 유입관(134), 하나의 냉매 출구(b) 및 하나의 냉매 유출관(124)이 형성된다. 즉, 하나의 냉매 입구(a), 하나의 냉매 유입관(134), 하나의 냉매 출구(b) 및 하나의 냉매 유출관(124)을, 히트싱크(120)와 제2 히트싱크(130)에서 공용되는 구조가 된다.
냉매 유입관(134)으로 유입된 냉매는, 제2 히트싱크(130)의 냉각 유로(132), 냉매 연결관(140), 제1 히트싱크(120)의 냉각 유로(122)를 통과하여 단위 셀들(111)의 열을 흡수한 후에, 냉매 유출관(124)를 통해 유출된다.
한편, 상술한 실시예에서, 냉매 유출관(124)은 제2 히트싱크(130)의 방향으로 수평 연장되고, 상기 제2 히트싱크(130)의 근접 지점에서 아래 수직방향으로 절곡되고 연장되어, 냉매 출구(b)가 냉매 입구(a)와 서로 근접한 것으로 설명되었지만, 냉매 유입관(134)이 제1 히트싱크(120) 방향으로 수평 연장되고, 상기 제1 히트싱크(120)의 근접되는 지점에서 아래 수직방향으로 절곡되고 아래 방향으로 수직 연장될 수도 있다.
즉, 다른 실시예로서, 냉매 유출관(124)은 제2 히트싱크(130)으로 수평 연장되지 않고 아래 수직방향으로 바로 절곡되어 연장되고, 더불어 냉매 유입관(134)이 제1 히트싱크(120) 방향으로 수평 연장되고 상기 제1 히트싱크(120)의 근접되는 지점에서 아래 수직방향으로 절곡되고 연장될 수 있다. 상기 다른 실시예에서는, 냉매 입구와 냉매 출구가 제1 히트싱크(120)에 근방에 위치하게 한다. 또 다른 실시예로서, 냉매 유출관(124) 및 냉매 유입관(134) 모두가 수평 연장된 후 특정 지점(예컨대, 제1 히트싱크와 제2 히티싱크 간의 중간 지점)에서 아래 수직방향으로 각각 절곡되고 연장되어, 냉매 입구와 냉매 출구가 서로 인접되어 위치할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 팩과 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 셀 어셈블리(110)의 양 측면에 히트싱크(120, 130)를 결합시킴으로써, 배터리 팩의 높이를 상승시키지 않고 배터리 팩의 Z축 공간을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 복수의 히트싱크(120, 130)가 하나의 냉매 유입관(134)과 하나의 냉매 유출관(124)을 공용하도록 설계됨으로써, 공간 활용성을 더욱 증대시키고 제조단가를 절감시킨다. 또한, 상기 배터리 모듈(100)은 양 측면에 설치된 복수의 히트싱크(120, 130)를 통하여 셀 어셈블리(110)를 냉각시키기 때문에, 종래의 간접 수냉식 방법보다 냉각 효율이 향상된다. 게다가, 상기 배터리 모듈(100)은 냉매 유입관(134)과 냉매 유출관(124)을 절곡을 최소화함으로써, 냉매 유입관(134)과 냉매 유출관(124) 내에서 발생하는 차압을 감소시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 배터리 모듈 110 : 셀 어셈블리
111 : 단위 셀 120, 130 : 히트싱크
121, 131 : 관통홀 122, 132 : 냉각 유로
123, 133 : 연결 포트 124 : 냉매 유출관
134 : 냉매 유입관 140 : 냉매 연결관

Claims (8)

  1. 하나 이상의 단위 셀을 포함하는 셀 어셈블리를 냉각시키기 위해 히트싱크에 있어서,
    냉매가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성되며 상기 셀 어셈블리의 제1 측면에 결합되는 제1 히트싱크; 및
    냉매가 통과하는 제2 냉각 유로가 형성되며 상기 제1 측면과 대향되는 상기 셀 어셈블리의 제2 측면에 결합되는 제2 히트싱크;를 포함하고,
    상기 제2 히트싱크는, 상기 제2 냉각 유로의 일단과 연결되는 냉매 유입관을 포함하고,
    상기 제1 히트싱크는, 상기 제1 냉각 유로의 일단과 연결되는 냉매 유출관을 포함하며,
    상기 제2 냉각 유로의 타단은 냉매 연결관과 연결되고, 상기 제1 냉각 유로의 타단은 상기 냉매 연결관과 연결되며,
    상기 냉매 유입관과 상기 냉매 유출관은 아래 방향으로 한 번만 절곡되어, 냉매 입구와 냉매 출구가 근접된 위치에 형성되고,
    상기 냉매 유입관, 상기 냉매 유출관 및 상기 냉매 연결관은, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 형성되는 상기 셀 어셈블리의 제3 측면쪽에 위치하고,
    상기 냉매 유출관이 상기 제2 히트싱크 방향으로 수평 연장되어 상기 제2 히트싱크의 근접 지점에서 아래 방향으로 한 번 절곡되거나, 또는 상기 냉매 유입관이 상기 제1 히트싱크 방향으로 수평 연장되고 상기 제1 히트싱크의 근접 지점에서 아래 방향으로 한 번 절곡되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 냉각 유로의 타단에 제2 연결 포트가 형성되어 상기 제2 연결 포트를 통해 상기 제2 냉각 유로의 타단이 상기 냉매 연결관과 연결되고,
    상기 제1 냉각 유로의 타단에 제1 연결 포트가 형성되어 상기 제1 연결 포트를 통해 상기 제1 냉각 유로의 타단이 상기 냉매 연결관과 연결되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 냉매 유입관을 통해 유입된 냉매는 상기 제2 냉각 유로, 상기 냉매 연결관 및 상기 제1 냉각 유로를 통과한 후에서, 상기 냉매 유출관을 통해 유출되는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항, 제3 항, 제4 항 중 어느 한 항에 따른 히트싱크; 및
    양 측면에서 상기 제1 히트싱크와 상기 제2 히트싱크가 결합되는 상기 셀 어셈블리;를 포함하는 배터리 모듈.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102208720B1 (ko) * 2017-01-05 2021-01-28 주식회사 엘지화학 상변화물질(pcm) 캡슐을 적용한 배터리 냉각용 히트 싱크
KR102280096B1 (ko) 2017-10-17 2021-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 누설 냉매 유입 방지 기능을 갖는 배터리 팩
DE102017127807B4 (de) 2017-11-24 2019-06-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug
DE102017129525A1 (de) * 2017-12-12 2019-06-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug
FR3075470B1 (fr) * 2017-12-20 2021-07-30 Valeo Systemes Thermiques Element de refroidissement d'un dispositif de stockage electrique pour vehicule automobile.
KR102277035B1 (ko) * 2018-03-21 2021-07-13 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
US10797279B2 (en) * 2018-06-28 2020-10-06 Caterpillar Inc. Battery housing systems
KR102389184B1 (ko) 2018-09-13 2022-04-20 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN111193079A (zh) * 2020-01-09 2020-05-22 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 一种电池系统温度调节装置及车辆
KR20210133529A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR20210152238A (ko) * 2020-06-08 2021-12-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈이 다단으로 적층된 전지 팩
CN112201889A (zh) * 2020-10-15 2021-01-08 中国第一汽车股份有限公司 一种壳体、电池模组、电池总成及电动车
KR102638772B1 (ko) * 2021-09-07 2024-02-20 엘티정밀 주식회사 원통형 배터리 냉각장치
CN113966152B (zh) * 2021-10-29 2023-05-05 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种模块化混合液冷机架立体分流装置及方法
WO2023182841A1 (ko) * 2022-03-23 2023-09-28 주식회사 엘지에너지솔루션 전지모듈, 그를 포함하는 전지팩 및 자동차

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120183823A1 (en) 2009-04-24 2012-07-19 Von Borck Felix Battery module
WO2013171885A1 (ja) 2012-05-17 2013-11-21 日立ビークルエナジー株式会社 電池モジュール

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4363447B2 (ja) * 2007-01-24 2009-11-11 トヨタ自動車株式会社 電池の冷却装置、冷却装置付属電池及び車両
CN201146231Y (zh) * 2007-12-18 2008-11-05 天津力神电池股份有限公司 具有控温流体通道的大容量锂离子电池组
US20090165996A1 (en) 2007-12-26 2009-07-02 Lynch Thomas W Reticulated heat dissipation with coolant
DE102008009041A1 (de) * 2008-02-14 2009-08-20 Valeo Klimasysteme Gmbh Antriebsbatteriebaugruppe eines Elektro-, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeugs
CN102511091B (zh) * 2009-06-18 2014-09-24 江森自控帅福得先进能源动力系统有限责任公司 具有带有热管理部件的电池单元托盘的电池模块
KR20130005004A (ko) * 2011-07-05 2013-01-15 한라공조주식회사 배터리 냉각장치
KR20130008142A (ko) 2011-07-12 2013-01-22 에스케이이노베이션 주식회사 2차 전지 배터리 팩
JP2013037869A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Panasonic Corp 冷却装置および蓄電池装置
US9774063B2 (en) 2011-08-15 2017-09-26 Advanced Energy Technologies Llc Battery pack assembly having thermal transfer sheets
KR101750066B1 (ko) 2011-12-02 2017-06-23 에스케이이노베이션 주식회사 수냉식 이차전지
KR101367210B1 (ko) * 2011-12-09 2014-02-27 대한칼소닉주식회사 배터리 셀의 방열유닛
KR102021150B1 (ko) * 2012-12-26 2019-09-11 현대모비스 주식회사 차량용 전지셀 모듈 어셈블리
WO2014155609A1 (ja) 2013-03-28 2014-10-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池モジュール
KR101601142B1 (ko) 2013-10-18 2016-03-08 주식회사 엘지화학 단열재를 포함하여 2이상의 분리된 유로를 가진 히트싱크
CN203604166U (zh) * 2013-12-10 2014-05-21 郑州永邦机器有限公司 空压机水冷却器装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120183823A1 (en) 2009-04-24 2012-07-19 Von Borck Felix Battery module
WO2013171885A1 (ja) 2012-05-17 2013-11-21 日立ビークルエナジー株式会社 電池モジュール

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