KR102402503B1 - 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조 - Google Patents

갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조는 복수개의 배터리셀(112)이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈(110)과, 복수개의 배터리모듈(110)을 전기적으로 서로 연결하여 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩(100)으로 이루어지며, 상기 배터리모듈(110)이 안착되는 배터리팩(100)의 하판에는 열전도성 물질인 갭필러(120)가 도포된 것으로, 상기 배터리모듈(110)이 설치된 하판(101)의 가장자리 부위에서 상대적으로 상기 배터리모듈(110)이 집중되게 설치되는 하판(101)의 중심 부위로 향할수록 상기 하판(101)의 하판덮개(101b) 상측을 계단식으로 단차지게 형성하여 열의 온도가 낮은 부위와 상대적으로 높은 부위의 열평형을 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조가 제공된다.

Description

갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조{A battery pack cooling structure}
본 발명 배터리팩 냉각 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리팩 내의 열평형을 효율적으로 유도하여 배터리팩의 수명을 증대시킬 수 있는 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조에 관한 것이다.
최근 환경오염으로 인한 공기질 개선과 화석 에너지 자원의 고갈 등으로 인해 매연을 최소화하고, 친환경 에너지인 전기를 사용하는 전기자동차 붐이 일어나고 있다.
통상 전기자동차는 에너지원으로서 배터리팩이 탑재되어 있으며, 이러한 배터리팩은 복수개의 이차 전지(이하 "배터리셀"이라 호칭 함)가 전기적으로 연결되도록 한 후 케이스에 수납한 구조체를 배터리모듈이라 하고, 보다 높은 출력이 요구되는 용도에서는 상기와 같은 배터리모듈을 복수개 전기적으로 서로 연결하여 케이스 등에 수납한 구조체를 배터리팩이라 칭하고, 모터의 구동시 전류가 흐를 수 있도록 구성되어 있다.
이러한, 배터리팩을 구성하기 위해서는 다양한 체결 부품이나 냉각 장비 등이 요구된다. 즉, 전기자동차의 모터 구동시 배터리팩을 구성하는 기본 단위인 배터리셀은 빠른 속도로 충전 또는 방전이 이루어지고, 이러한 충전 또는 방전이 지속적으로 진행되면서 열에 취약해져 배터리셀 표면부에 열화현상 및 표면이 부풀어오르는 부품현상(Swelling)이 발생되는 등 배터리셀이 손상되는 문제점이 있어 이를 해결할 수 있는 냉각 장비가 요구되고 있다.
따라서, 종래에는 배터리팩 내의 온도를 적정온도로 유지할 수 있게 배터리셀이 안착되는 배터리팩의 하판에 열전도성 물질의 갭필러를 도포하여 냉각성능을 향상시키거나, 배터리셀의 고정 및 보호를 위해 사용되는 카트리지와 같은 부품들을 삭제하거나 축소 적용하는 방식으로 냉각성능을 향상시키고 있다.
예컨데, 배터리팩을 구현하는 과정에서 배터리모듈과 배터리모듈간의 사이 및/또는 배터리모듈과 배터리팩의 케이스 사이에 갭필러(Gap Filler : 간극 충전재)를 위치시켜 배터리모듈에서 발생되는 열을 배터리팩의 케이스(하판)로 효율적으로 전달할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 갭필러(20)를 사용하는 종래의 배터리팩 냉각구조는 배터리모듈(12)에서 발생되는 열을 배터리팩(10) 케이스의 하판(13)으로 전달할 수는 있으나, 상대적으로 높은 온도의 열이 발생하는 부위와, 낮은 온도의 열이 발생하는 부위의 온도편차가 발생하는 등 열평형이 이루어지지 않아 상대적으로 높은 온도의 열이 발생하는 부위에 설치된 배터리셀(11)이 부풀어 올라 손상되는 단점이 있다.
예컨데, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(12)이 집중되게 설치된 배터리팩(10)의 중심부에서 발생되는 열과, 배터리모듈(12)이 상대적으로 덜 설치되는 배터리팩(10)의 가장자리에서 발생되는 열의 온도편차로 인해 열평형이 이루어지지 않아 배터리팩(10)의 중심부에 위치된 배터리셀(11)의 표면부에 부품 현상이 발생되어 결과적으로 배터리팩(10)이 수명이 감소하는 단점이 있었다.
따라서 본 출원인은 상술한 바와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조를 강구하게 되었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리모듈이 안착되는 배터리팩 하판의 단차 및 갭필러 가변 두께 적용을 통해 상대적으로 열이 높은 부위와 낮은 부위의 열평형을 이루도록 하여 배터리셀의 온도차이를 줄일 수 있도록 한 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조는 복수개의 배터리셀이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈과, 복수개의 배터리모듈을 전기적으로 서로 연결하여 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩으로 이루어지며, 상기 배터리모듈이 안착되는 배터리팩의 하판에는 열전도성 물질인 갭필러가 도포된 것으로, 상기 배터리모듈이 설치된 하판의 가장자리 부위에서 상대적으로 상기 배터리모듈이 집중되게 설치되는 하판의 중심 부위로 향할수록 상기 하판의 하판덮개 상측을 계단식으로 단차지게 형성하여 열의 온도가 낮은 부위와 상대적으로 높은 부위의 열평형을 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 갭필러 두께 가변 적용을 통한 배터리팩 냉각구조가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각구조는 배터리모듈이 안착되는 배터리팩 하판의 단차 및 하판과 배터리모듈 사이에 설치되는 갭필러의 두께를 가변 적용하여 열이 많이 발생하는 부위와 상대적으로 적게 발생하는 부위의 온도편차를 줄이는 방식으로 열평형을 이루도록 함으로써, 배터리팩 내의 열순환 효율성을 증대시켜 결과적으로 배터리의 수명을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩 냉각구조를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩 냉각구조의 하판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩 냉각구조의 단면모습을 개략적으로 표시한 도면이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각구조를 설명한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩 냉각구조는 복수개의 배터리셀(112)이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈(110)과, 복수개의 배터리모듈(110)을 전기적으로 서로 연결하여 케이스에 수납한 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩(100)으로 이루어지며 상기 배터리모듈(110)이 안착되는 배터리팩(100)의 하판에는 상기 배터리모듈(110)에서 발생되는 열을 효과적으로 전달할 수 있게 열전도성 물질인 갭필러(120)가 설치되도록 구성되어 있다.
상기와 같은 구성은 종래의 배터리팩 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 구조로 이루어진 배터리팩(100)은 배터리모듈(110) 내의 복수개의 배터리셀(112)에서 열이 발생되고, 발생된 열은 갭필러(120)에 의해 배터리팩(100)의 케이스 하판(101)으로 전달되면서 냉각되도록 구성되어 있다. 이때, 상기 배터리팩(100)의 케이스 하판(101)은 내부에 중공이 형성된 것으로 하판대(101a)와, 상기 하판대(101a)의 상부를 덮을 수 있도록 한 하판덮개(101b)로 이루어지며, 상기 중공으로 냉각수가 유동될 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 상기 배터리모듈(110)에서 발생된 열이 배터리모듈(110)과 배터리팩(100)의 하판(101) 사이에 설치된 갭필러(120)를 통해 상기 하판(101)으로 전달되고, 전달된 열은 냉각수에 의해 냉각되는 구조이다.
여기서, 본 발명의 특징적 구성은 상기 갭필러(120)의 하부에 위치되는 상기 배터리팩(100) 하판(101)의 하판덮개(101b)를 단차지게 형성하여 상대적으로 열이 높은 부위와 낮은 부위의 열평형을 유도하여 배터리의 수명을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.
즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(110)이 집중되게 설치되는 하판(101)의 중심 부위는 상기 하판덮개(101b)의 두께를 얇게 형성하고, 배터리모듈(110)이 상대적으로 적게 설치되는 하판(101)의 가장자리 부위는 하판덮개(101b)의 두께를 두껍게 형성하여 열평형을 효율적으로 유도할 수 있도록 한 것이다.
예컨데, 복수개의 배터리모듈(110)이 집중되게 설치되는 부위와 비교적 덜 설치되는 부위는 필연적으로 미세하게 온도차가 발생할 수밖에 없다. 따라서, 상대적으로 집중되게 설치되는 부위의 배터리모듈(110)이 덜 집중되게 설치되는 배터리모듈(110) 보다 빨리 열화현상이 발생되는 등 부품현상(Swelling)이 발생되어 열이 상대적으로 높은 중심 부위의 배터리모듈(110)을 자주 교체해야 하는 단점이 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩 냉각구조는 배터리모듈(110)이 상대적으로 덜 설치되는 가장자리 부위에서 집중되게 설치되는 중심 부위로 향할수록 하판덮개(101b)를 계단식으로 단차지게 형성하여 하판덮개(101b)의 두께가 얇은 중심 부위는 상대적으로 빠르게 열교환이 이루어질 수 있도록 하고, 두께가 두꺼운 가장자리 부위는 중심부위 보다는 느리게 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 등 열평형을 효율적으로 유도할 수 있게 된다.
즉, 하판(101)의 중공으로 유동되는 냉각수를 통해 하판덮개(101b)의 두께가 두꺼운 가장자리 부위에 비해 하판덮개(101b)의 두께가 얇은 중심부위가 빠르게 열교환이 되면서 열평형이 이루어져 결과적으로 하판(101)의 중심 부위와 가장자리 부위의 온도편차를 최소화할 수 있는 등 열순환 효율성을 증대시켜 배터리팩(100)의 수명을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각구조는 배터리모듈이 안착되는 배터리팩(100) 하판(101)의 단차 및 하판(101)과 배터리모듈(110) 사이에 설치되는 갭필러(120)의 두께를 가변 적용하여 열이 많이 발생하는 부위와 상대적으로 적게 발생하는 부위의 온도편차를 줄이는 방식으로 열평형을 이루도록 함으로써, 배터리팩(100) 내의 열순환 효율성을 증대시켜 결과적으로 배터리의 수명을 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각구조는 상기 하판을 계단식으로 단차지게 형성하도록 하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 5에 도시된 바와 같이, 가장자리 부위에서 중심 부위로 향할수록 하향 경사지게 형성할 수도 있다.
즉, 하판(101)의 하판덮개(101b) 상측을 가장자리 부위에서 중심 부위로 하향경사지게 형성하고, 경사지게 형성된 상측에 갭필러(120)를 도포하여 열순환 효율성을 증대시키는 방식으로 배터리모듈(110)의 열평형을 유도하여 배터리팩의 수명증대를 기대할 수 있다.
이상, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 배터리팩
101 : 하판
101a : 하판대
101b : 하판덮개
110 : 배터리모듈
112 : 배터리셀
120 : 갭필러

Claims (4)

  1. 복수개의 배터리셀(112)이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈(110)과, 복수개의 배터리모듈(110)을 전기적으로 서로 연결하여 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩(100)으로 이루어지며, 상기 배터리모듈(110)이 안착되는 배터리팩(100)의 하판에는 열전도성 물질인 갭필러(120)가 도포된 것으로,
    상기 배터리모듈(110)이 설치된 상기 배터리팩(100) 하판(101)의 중심 부위 온도와, 상기 배터리팩(100) 하판(101)의 가장자리 부위의 온도가 열평형을 이룰 수 있도록 한 배터리팩 냉각구조.
  2. 복수개의 배터리셀(112)이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈(110)과, 복수개의 배터리모듈(110)을 전기적으로 서로 연결하여 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩(100)으로 이루어지며, 상기 배터리모듈(110)이 안착되는 배터리팩(100)의 하판에는 열전도성 물질인 갭필러(120)가 도포된 것으로,
    상기 배터리모듈(110)이 설치된 하판(101)의 가장자리 부위에서 상기 배터리모듈(110)이 설치되는 하판(101)의 중심 부위로 향할수록 상기 하판(101)의 하판덮개(101b) 상측을 계단식으로 단차지게 형성한 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각구조.
  3. 복수개의 배터리셀(112)이 전기적으로 연결되며 케이스에 수납한 구조체 형태로 이루어진 배터리모듈(110)과, 복수개의 배터리모듈(110)을 전기적으로 서로 연결하여 구조체 형태를 띠도록 한 배터리팩(100)으로 이루어지며, 상기 배터리모듈(110)이 안착되는 배터리팩(100)의 하판에는 열전도성 물질인 갭필러(120)가 도포된 것으로,
    상기 배터리모듈(110)이 설치된 하판(101)의 가장자리 부위에서 상기 하판(101)의 중심 부위로 향할수록 상기 하판(101)의 하판덮개(101b) 상측을 하향 경사지게 형성한 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각구조.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하판(101)은 내부에 중공이 형성된 것으로, 하판대(101a)와, 상기 하판대(101a)의 상부를 덮을 수 있도록 한 하판덮개(101b)로 이루어지며, 상기 중공으로 냉각수가 유동될 수 있도록 구성되되, 상기 하판덮개(101b)의 두께가 두껍게 형성되는 가장자리 부위는 두께가 얇게 형성되는 중심 부위 보다는 느리게 열교환이 이루어지는 배터리팩 냉각구조.
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