KR102410517B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR102410517B1
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Abstract

배터리시스템 내부 배터리 모듈에서 발생하는 열을 제어하기 위한 수냉각시스템의 구조를 개선함으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈이 소개된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리시스템 내부 배터리 모듈에서 발생하는 열을 제어하기 위한 수냉각시스템의 구조를 개선함으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기자동차 등의 친환경자동차에는 전기에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리가 탑재되고, 고전압 배터리 내부에는 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 냉각시스템이 탑재된다.
배터리 시스템은 배터리 셀과 냉각수와의 전기적인 절연 확보를 위해 직접적인 접촉 방식 대신, 냉각채널을 구성하는 수냉각 플레이트를 이용하여 간접적으로 배터리셀을 냉각한다.
종래 기술에서는 수냉각 플레이트와 셀커버 사이에 위치하는 계면 열접촉 소재는 수냉각 플레이트와 셀커버 간의 접촉 열저항을 줄이기 위해 적용된다. 그러나, 수냉각 플레이트의 접촉면 표면 조도나 가공 편평도가 좋지 않을 경우 불균일한 접촉에 의해 내부 기공이 발생하고, 이로 인해 수냉각 플레이트와 셀커버 간의 접촉 열저항이 크게 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 수냉각 플레이트와 셀커버 간의 열전달 효율을 증대시키면서 조립생산성을 향상시킬 수 있는 솔루션이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2016-0024187 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리시스템 내부 배터리 모듈에서 발생하는 열을 제어하기 위한 수냉각시스템의 구조를 개선함으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리셀과 접하며, 배터리셀의 열을 방출시키는 일면을 가지는 셀커버; 및 내부에 냉매가 흐르는 냉각채널이 형성되며, 냉각채널의 일면은 상기 셀커버의 일면과 접하여 배터리셀의 열을 흡수하는 냉각채널부;를 포함하며, 상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉영역에서, 상기 셀커버는 냉각채널 방향으로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 냉각채널은 상기 돌출부를 냉매가 흐르는 내부로 삽입하기 위한 관통홀을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 셀커버의 돌출부는, U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지며, 상기 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각채널부의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 가스켓;을 더 포함하며, 상기 가스켓은 상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉에 의해 압착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상면, 측면, 하면이 형성되어 배터리셀을 수용하며, 상기 하면은 돌출부가 형성된 셀커버; 내부에 냉매가 흐르는 냉각채널이 형성되며, 냉각채널의 일면에는 상기 셀커버의 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부; 및 상기 냉각채널부의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 가스켓;을 포함한다.
상기 셀커버의 하면은, 돌출부가 형성되어 상기 냉각채널부의 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 일측부, 상기 냉각채널부의 외면에 접촉되는 타측부를 가지며, 상기 가스켓은, 상기 셀커버의 타측부와 상기 냉각채널부의 외면 사이에 배치되어 압착되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출부는 U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상면, 하면, 측면이 형성되어 복수의 배터리셀을 수용하며, 배터리셀과 배터리셀 사이에 벽체가 형성되며, 상기 하면은 복수의 돌출부가 형성된 셀커버; 및 내부에 냉매가 흐르는 복수의 냉각채널이 형성되며, 각각의 냉각채널의 일면에는 상기 셀커버의 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부;를 포함한다.
상기 셀커버의 돌출부는, U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지며, 상기 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각채널부의 각각의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 복수의 가스켓;을 더 포함하며, 상기 가스켓은 상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉에 의해 압착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 모듈에 따르면, 배터리시스템 내부 배터리 모듈에서 발생하는 열을 제어하기 위한 수냉각시스템의 구조를 개선함으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 열전달 효율 향상을 통해 공조 부하에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
또한, 수냉각 플레이트와 셀커버 사이의 계면 열접촉 소재를 삭제함으로써, 조립 생산성이 향상되어 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 구조.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 모듈에 대하여 살펴본다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 구조이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리셀(10)과 접하며, 배터리셀(10)의 열을 방출시키는 일면을 가지는 셀커버(30); 및 내부에 냉매가 흐르는 냉각채널(52)이 형성되며, 냉각채널(52)의 일면은 상기 셀커버(30)의 일면과 접하여 배터리셀(10)의 열을 흡수하는 냉각채널부(50);를 포함하며, 상기 셀커버(30)와 상기 냉각채널부(50)의 접촉영역에서, 상기 셀커버(30)는 냉각채널(52) 방향으로 돌출된 돌출부(32)를 가지며, 상기 냉각채널(52)은 상기 돌출부(32)를 냉매가 흐르는 내부로 삽입하기 위한 관통홀을 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 배터리셀(10)은 셀커버(30) 내에 수용되어 일정 간격으로 적층되는 구조를 가진다.
셀커버(30)의 하면은 냉각채널(52) 방향으로 돌출된 돌출부(32)를 가지는데, 이 돌출부(32)의 형태는 본 발명의 일 실시예로서 U 또는 V자로 절곡된 형태일 수 있다. 즉, 도 1과 같이 셀커버(30)의 하면이 U자로 절곡된 형태일 수 있고, V자 침상형태일 수 있다. 도면에는 도시하고 있지 않으나, 다른 실시예로서 돌출부(32)는 막대형태로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 다양한 실시형태에 따른 셀커버(30)의 돌출부(32)가 냉각채널(52)에 삽입되어 냉매와 직접 접촉됨으로써, 배터리셀(10)에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있다. 여기서, 냉매에는 냉수 또는 냉각수가 포함된다.
냉각채널부(50)는 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입될 수 있는 관통홀을 가지며, 관통홀은 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입될 수 있는 정도의 직경을 가질 수 있다. 이는 후술할 가스켓(70)과 함께 셀커버(30), 냉각채널부(50)가 압착 결합되어 냉매 누수를 방지하기 위함이다.
본 발명의 돌출부(32)를 갖는 셀커버(30)와 관통홀을 갖는 냉각채널(50)의 구조에 의해, 종래기술의 문제점이었던 수냉각 플레이트의 접촉면 표면 조도나 가공 편평도가 좋지 않을 경우 셀커버-계면 열접촉 소재, 계면 열접촉 소재-수냉각 플레이트 간 불균일한 접촉 및 내부 기공으로 인해 발생되는 접촉 저항 저하를 해결할 수 있고, 계면 열접촉 소재 삭제로 인해 조립 생산성이 향상되고, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 셀커버(30)와 냉각채널(52)의 냉매의 직접적인 열교환이 이루어져 셀커버와 냉각채널 사이 공간에 계면 열접촉 소재를 적용하는 종래 기술에 비해 열저항을 줄일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상면, 측면, 하면이 형성되어 배터리셀(10)을 수용하며, 상기 하면은 돌출부(32)가 형성된 셀커버(30); 내부에 냉매가 흐르는 냉각채널(52)이 형성되며, 냉각채널(52)의 일면에는 상기 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부(50); 및 상기 냉각채널부(50)의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 가스켓(70);을 포함할 수 있다.
여기서, 셀커버(30)의 상면은 도면에는 도시하고 있지 않으나, 도 1과 같이 상면을 포함할 수 있다.
셀커버(30)는 상면, 측면, 하면이 형성되어 배터리셀(10)을 수용하는 내부공간을 가지는데, 도 2에서 셀커버(30)와 셀커버(30)사이의 이격된 부분은 공정상 단일의 셀커버(30)를 제작하여 사이를 접합시키기 위한 부분으로써, 이격된 부분을 접합시켜 하나의 셀커버(30) 조립체를 완성시킬 수 있다.
셀커버(30)의 하면은, 돌출부(32)가 형성되어 냉각채널부(50)의 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 일측부, 상기 냉각채널부의 외면에 접촉되는 타측부(34)를 가진다.
가스켓(70)은 수밀용 실링 가스켓으로써, 냉각채널부(50)의 관통홀의 둘레를 따라 셀커버(30)의 타측부(34)와 냉각채널부(50)의 외면 사이에 압착 배치되어 셀커버(30)와 냉각채널부(50)의 결합시 냉각수 누수를 방지한다. 가스켓(70)의 재질은 탄성재질일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상면, 하면, 측면이 형성되어 복수의 배터리셀을 수용하며, 배터리셀과 배터리셀 사이에 벽체가 형성되며, 하면은 복수의 돌출부(32)가 형성된 셀커버(30); 및 내부에 냉매가 흐르는 복수의 냉각채널(52)이 형성되며, 각각의 냉각채널(52)의 일면에는 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부(50);를 포함할 수 있다.
여기서, 셀커버(30)의 상면은 도면에는 도시하고 있지 않으나, 도 1과 같이 상면을 포함할 수 있다.
셀커버(30)는 복수의 배터리셀을 수용할 수 있는 셀커버 조립체로써, 하면은 복수의 돌출부(32)가 형성되며, 돌출부(32)는 본 발명의 일 실시예로서 U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지며, 냉각채널부(50)의 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉된다.
냉각채널부(50)는 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입되는 복수의 관통홀을 가지며, 관통홀은 셀커버(30)의 돌출부(32)가 삽입될 수 있는 정도의 직경을 가질 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 가스켓(70)과 함께 셀커버(30), 냉각채널부(50)가 압착결합되어 수밀구조를 형성함으로써, 냉각채널(52) 내의 냉매 누수를 방지하기 위함이다.
가스켓(70)은 냉각채널부(50)의 각각의 관통홀의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
셀커버(30)에서 냉각채널부(50) 방향으로 조립되어 셀커버(30)-가스켓(70)-냉각채널부(50)는 압착결합되고, 냉각채널(52)의 냉매의 누수를 방지할 수 있는 수밀구조를 형성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 모듈은 배터리시스템 내부 배터리 모듈에서 발생하는 열을 제어하기 위한 수냉각시스템의 구조를 개선함으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 열전달 효율 향상을 통해 공조 부하에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
또한, 수냉각 플레이트와 셀커버 사이의 계면 열접촉 소재를 삭제함으로써, 조립 생산성이 향상되어 제조 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리셀 30: 셀커버
32: 돌출부 50: 냉각채널부
52: 냉각채널 70: 가스켓

Claims (9)

  1. 배터리셀과 접하며, 배터리셀의 열을 방출시키는 일면을 가지는 셀커버; 및
    내부에 냉매가 흐르는 냉각채널이 형성되며, 냉각채널의 일면은 상기 셀커버의 일면과 접하여 배터리셀의 열을 흡수하는 냉각채널부;를 포함하며,
    상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉영역에서, 상기 셀커버는 냉각채널 방향으로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 냉각채널은 상기 돌출부를 냉매가 흐르는 내부로 삽입하기 위한 관통홀을 가지고,
    상기 셀커버에 형성된 돌출부의 주변영역이 상기 냉각채널부에 형성된 관통홀의 주변영역에서 접촉되면서 상기 관통홀이 밀폐되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀커버의 돌출부는,
    U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지며, 상기 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각채널부의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 가스켓;을 더 포함하며,
    상기 가스켓은 상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉에 의해 압착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 상면, 측면, 하면이 형성되어 배터리셀을 수용하며, 상기 하면은 돌출부가 형성된 셀커버;
    내부에 냉매가 흐르는 냉각채널이 형성되며, 냉각채널의 일면에는 상기 셀커버의 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부; 및
    상기 냉각채널부의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 가스켓;을 포함하고,
    상기 셀커버에 형성된 돌출부의 주변영역이 상기 냉각채널부에 형성된 관통홀의 주변영역에서 상기 가스켓을 매개로 접촉되면서 상기 관통홀이 밀폐되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 셀커버의 하면은,
    돌출부가 형성되어 상기 냉각채널부의 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 일측부, 상기 냉각채널부의 외면에 접촉되는 타측부를 가지며,
    상기 가스켓은,
    상기 셀커버의 타측부와 상기 냉각채널부의 외면 사이에 배치되어 압착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부는 U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 상면, 하면, 측면이 형성되어 복수의 배터리셀을 수용하며, 배터리셀과 배터리셀 사이에 벽체가 형성되며, 상기 하면은 복수의 돌출부가 형성된 셀커버; 및
    내부에 냉매가 흐르는 복수의 냉각채널이 형성되며, 각각의 냉각채널의 일면에는 상기 셀커버의 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성된 냉각채널부;를 포함하고,
    상기 셀커버에 형성된 돌출부의 주변영역이 상기 냉각채널부에 형성된 관통홀의 주변영역에서 접촉되면서 상기 관통홀이 밀폐되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 셀커버의 돌출부는,
    U 또는 V자로 절곡된 구조를 가지며, 상기 관통홀에 삽입되어 냉매에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각채널부의 각각의 관통홀의 둘레를 따라 배치된 복수의 가스켓;을 더 포함하며,
    상기 가스켓은 상기 셀커버와 상기 냉각채널부의 접촉에 의해 압착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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