KR102473768B1 - 고전압 배터리 서브모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리 셀의 발열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로서, 상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, XY평면상 Y축 방향으로 적층되며, 테두리면의 양측면으로부터 전극탭이 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고전압 배터리 셀; 상기 고전압 배터리 셀과 면접촉되고, 면접촉된 상기 고전압 배터리 셀의 일면 및 타면이 외부에 노출되도록 사각링 형상으로 형성되고, 상기 전극탭과 대응되는 위치에 상기 전극탭이 안착되는 전극탭안착부가 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고정프레임; 및 상기 고정프레임의 상부에 장착되어 상기 고전압 배터리 셀의 발열을 냉각시키는 히트싱크 및 상기 히트싱크의 하부에서 ZX평면상 X축 방향으로 상호 이격되어 상기 히트싱크와 일체로 형성된 다수개의 히트파이프로 형성된 냉각모듈;을 포함하되, 상기 고정프레임의 상면에는, XY평면상 X축 방향으로 연장되고 상기 XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격된 한 쌍의 제1고정플레이트 및 상기 제1고정플레이트의 상부에서 상기 제1고정플레이트의 길이보다 짧은 길이로 연장되고 상기 제1고정플레이트의 바깥 방향으로 각각 절곡되어 상기 고정프레임에 상기 냉각모듈의 장착시, 상기 히트싱크의 하면을 지지하는 한 쌍의 냉각모듈지지부가 형성된다.

Description

고전압 배터리 서브모듈{SUBMODULE FOR HIGH VOLTAGE BATTERY}
본 발명은 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리 셀의 발열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 고전압 배터리 서브모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터에 의해 구동되는 것으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착된다.
고전압 배터리는 차량 운행 중에 충전과 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 고전압 배터리는 통상적으로 다수개의 배터리모듈로 구성된다.
그리고, 다수개의 각 배터리모듈은 다수개의 배터리 서브모듈로 구성되고, 다수개의 각 서브모듈은 다수개의 고전압 배터리 셀로 구성된다.
이렇게 다수개로 구성된 고전압 배터리 셀은 통상적으로 상부와 하부를 각각 지지하는 상부하우징 및 하부하우징에 의해 결합된다.
이때, 다수개의 고전압 배터리 셀은 상호 면대면으로 적층 되도록 하부하우징에 삽입되고, 고전압 배터리 셀의 상부에 상부하우징을 배치하여 조립함으로써, 배터리 서브모듈이 된다.
이러한 고전압 배터리 셀은 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 특히 다양한 형태의 고전압 배터리 셀 중 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(POUCHED TYPE)고전압 배터리 셀의 경우 유연성을 갖는 알루미늄 라미네이트 시트를 외장부재로 사용함으로써, 쉽게 휘어짐이 가능한 형태를 갖는다.
이러한 파우치형 고전압 배터리 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 장점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 배터리 셀로부터 발생된 열을 냉각시키기 위해 배터리 서브모듈의 외측면에 유로 홈이 형성되고, 이러한 서브모듈이 상호 밀착되어 유로부가 형성된다.
즉, 종래기술의 일예로 외부로부터 유입된 기체가 배터리 셀의 표면에 직접 접촉하여 배터리 셀로부터 발생된 열을 냉각시키는 직접냉각방식이 널리 알려져 있다.
그러나. 기체가 배터리 셀의 표면에 직접 접촉하여 배터리 셀의 열을 냉각시킴으로, 기체가 흐르는 유로부가 각 배터리 셀 사이에 일정 크기 이상으로 확보되어야 함으로써, 단위 부피당 셀의 삽입 개수를 증가시키는데 한계가 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 등록특허공보 제10-01428383호(2014, 08, 01)의 도 3에 도시된 바와 같이 배터리 셀로부터 발생된 열을 외부로 방출할 수 있도록 배터리 셀 사이에 계면플레이트를 삽입하고, 계면플레이트 상부에 히트싱크를 연결하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 배터리 모듈은 등간격으로 나열되어 있는 히트파이프 상단 히트싱크가 개별로 나열되어 있어 외부로부터 전달되는 진동 또는 충격시 순간적인 관성으로 상단의 중량물을 지니고 있는 히트싱크가 한쪽으로 치우쳐 히트파이프가 휘어지거나 크랙이 발생하는 문제가 있다.
상기한 이유로 해당분야에서는 배터리모듈을 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 히트싱크를 견고하게 고정할 수 있는 방안을 모색하고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 배터리모듈을 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 외부로터 전달되는 진동 또는 충격에 의해 히트싱크가 히트파이프의 상단으로부터 휘어지거나 크랙이 발생되는 것을 방지하는 고전압 배터리 서브모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 고전압 배터리 서브모듈은, 상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, XY평면상 Y축 방향으로 적층되며, 테두리면의 양측면으로부터 전극탭이 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고전압 배터리 셀; 상기 고전압 배터리 셀과 면접촉되고, 면접촉된 상기 고전압 배터리 셀의 일면 및 타면이 외부에 노출되도록 사각링 형상으로 형성되고, 상기 전극탭과 대응되는 위치에 상기 전극탭이 안착되는 전극탭안착부가 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고정프레임; 및 상기 고정프레임의 상부에 장착되어 상기 고전압 배터리 셀의 발열을 냉각시키는 히트싱크 및 상기 히트싱크의 하부에서 ZX평면상 X축 방향으로 상호 이격되어 상기 히트싱크와 일체로 형성된 다수개의 히트파이프로 형성된 냉각모듈;을 포함하되, 상기 고정프레임의 상면에는, XY평면상 X축 방향으로 연장되고 XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격된 한 쌍의 제1고정플레이트 및 상기 제1고정플레이트의 상부에서 상기 제1고정플레이트의 길이보다 짧은 길이로 연장되고 상기 제1고정플레이트의 바깥 방향으로 각각 절곡되어 상기 고정프레임에 상기 냉각모듈의 장착시, 상기 히트싱크의 하면을 지지하는 한 쌍의 냉각모듈지지부가 형성된다.
상기 고정프레임의 상부에는 한 쌍의 상기 제1고정플레이트 사이에서 상기 히트파이프와 대응되는 위치에 상기 냉각모듈이 안착되어 상기 히트파이프가 관통되는 냉각모듈안착홈이 형성되고, 상기 고정프레임의 하부에는 상기 냉각모듈안착홈으로부터 관통된 상기 히트파이프가 삽입되는 파이프삽입홈이 형성된다.
상기 히트싱크의 하면에는 상기 냉각모듈안착홈과 대응되는 위치에 상기 냉각모듈안착홈의 깊이와 동일한 길이로 형성되어 상기 냉각모듈안착홈에 삽입되는 안착돌기가 형성된다.
상기 안착돌기의 하면에는 상기 히트파이프의 상부가 장착되는 파이프장착홈이 형성되되, 상기 파이프장착홈에는 상기 히트파이프의 상부가 융착결합방식으로 결합된다.
상기 융착결합방식은, 상기 히트파이프의 상부에 솔더 페이스트(SOLDER PASTE)가 도포되어 상기 솔더 페이스트의 가열에 의해 상기 히트파이프와 상기 안착돌기가 상호 일체형으로 융착된다.
상기 히트싱크의 하면에는 상기 안착돌기로부터 바깥방향으로 이격되고, XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격된 제2고정돌기가 형성되되, 상기 제2고정돌기와 상기 안착돌기 사이에 상기 제1고정플레이트가 삽입된다.
상기 제1고정플레이트에는 상기 제2고정돌기와 상기 안착돌기 사이에 겹쳐지는 제1체결공이 관통되고, 상기 제2고정돌기에는 상기 제1체결공과 연통되어 상기 제1고정부재가 체결되는 제2체결공이 관통되되, 상기 제1고정부재가 상기 제1체결공 및 제2체결공을 수평방향으로 체결하여 상기 냉각모듈이 상기 고정프레임에 고정상태로 유지된다.
상기 고정프레임의 상면에는, XY평면상 X축 방향으로 연장된 상기 제1고정플레이트의 XY평면상 X축 방향의 양 단에 배치된 한 쌍의 제1고정돌기가 형성되고, 상기 히트싱크에서 상기 제1고정돌기와 대응되는 위치에는 제2고정플레이트가 형성되되, 상기 제1고정돌기와 상기 제2고정플레이트는 제2고정부재의 수직방향 체결에 의해 고정된다.
상기 전극탭은, 상기 고전압 배터리 셀의 테두리 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부와, 제1셀연장부로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제1절곡부로 형성된 제1전극탭; 및 상기 고전압 배터리 셀의 테두리에서 상기 제1전극탭과 반대방향 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부와, 상기 제2셀연장부로부터 XY평면상 Y방향으로 절곡된 제2절곡부로 형성된 제2전극탭;을 포함한다.
본 발명에 따른 고전압 배터리 서브모듈은, 냉각모듈은 하나의 히트싱크에 다수개의 히트파이프가 장착됨으로써, 외부의 진동 또는 충격시 순간적인 관성으로 인해 히트파이프의 상단에 일체로 결합된 중량물의 히트싱크가 한쪽으로 치우쳐 히트파이프가 휘어지거나 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
고정프레임이 고전압 배터리셀을 냉각모듈에 직접 노출시킴으로써, 고전압 배터리 셀로부터 발생된 열이 더욱 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.
전극탭안착부의 외측면에 상호 면접촉하는 한 쌍의 제1절곡부 및 제2절곡부가 감싸는 형상으로 배치됨으로써, 전극탭안착부는 제1전극탭 및 제2전극탭이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭 및 제2전극탭을 견고하게 지지할 수 있는 효과가 있다.
싱크히트의 연결돌기에 융착결합방식으로 결합되는 싱크파이프의 상단에 솔더 페이스트를 도포하여 열처리 함으로써, 히트싱크와 히트파이프가 견고하게 결합될 수 있고, 히트파이프가 외부의 진동에 의해 안착돌기로부터 이탈되는 것이 방지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 고전압 배터리 서브모듈의 고전압 배터리 셀 및 냉각모듈을 분해한 분해사시도.
도 3은 도 2에 도시된 A-A'를 따라 절단한 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 결합순서를 나타낸 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈를 설명함에 있어서, 본 실시예의 이해를 돕기 위해 고전압 배터리 서브모듈은 수평방향으로 적층되는 것으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고전압 배터리 서브모듈의 고전압 배터리 셀 및 냉각모듈을 분해한 분해사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A'를 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈을 설명한에 있어서, 본 실시예의 이해를 돕기 위해 고전압 배터리 서브모듈은 수평방향으로 적층되는 것으로 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈은 고전압 배터리 셀(100)과, 고정프레임(200)과, 냉각모듈(300)을 포함한다.
고전압 배터리 셀(100)은 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하며, 도 2에 도시된 바와 같이 다수개가 XY평면상 Y축 방향으로 적층된다.
고전압 배터리 셀(100)은 다수개가 모여 배터리 서브모듈을 이루는 것으로서, 다양한 형상으로 제조될 수 있는 바, 본 발명의 실시예에서는 파우치형으로 형성됨이 바람직하다.
파우치형은 그 형상을 비교적 자유롭게 형성할 수 있고 그 무게가 가벼워서 다수의 고전압 배터리 셀(100)을 구성해야 하는 차량용 배터리에 주로 사용된다.
고전압 배터리 셀(100)은 파우치형으로 형성됨으로써, 배터리 서브모듈의 중량을 감소시킬 수 있다.
이러한 고전압 배터리 셀(100)은 양측 끝단에 양극단자와 음극단자로 이루어진 전극탭(110)이 형성된다.
전극탭(110)은 음극단자 및 양극단자로 이루어진 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 고전압 배터리 셀(100)의 테두리면 양측면으로부터 XY평면상 Y축 방향으로 연장된다.
이러한 전극탭(110)은 제1전극탭(111)과, 제2전극탭(114)으로 구비된다.
제1전극탭(111)은 고전압 배터리 셀(100)의 테두리의 측면 중 어느 한 쪽 방향의 측면으로부터 도 2에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 연장된다.
이러한 제1전극탭(111)은 고전압 배터리 셀(100)의 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부(112)와, 제1셀연장부(112)로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제1절곡부(113)가 형성된다.
즉, 제1전극탭(111)은 단면형상이 직각형상으로 형성된다.
한편, 상호 면접촉되도록 적층된 다수개의 고전압 배터리 셀(100) 중 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100), 즉 배터리 서브모듈의 일단방향과 타단방향 최외곽에 배치된 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1전극탭(111)은 단면형상이 수평방향으로 연장된 직선형상으로 형성된다.
직선형상으로 형성된 제1전극탭(111)은 버스바와 전기적으로 연결된다.
단면형상이 직각형상으로 형성된 제1전극탭(111)은 일단방향 최외곽의 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된다.
두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1전극탭(111)은 제1절곡부(113)가 제1셀연장부(112)로부터 직각방향으로 절곡된다.
그리고, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에서 첫 번째 고전압 배터리 셀(100) 배치된 반대방향의 면에 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1전극탭(111)의 제1절곡부(113)는 제1셀연장부(112)로부터 직각방향으로 절곡된다.
따라서, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(113)와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(113)가 상호 겹쳐진다.
이로 인해, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(113)와 세 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제1절곡부(113)는 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태로 배터리 서브모듈의 일단방향에서부터 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)과, 그 고전압 배터리 셀(100)에서 근접하게 배치된 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100)은 상호 면접촉하여 반복적으로 적층되고, 제1절곡부(113)들은 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
제2전극탭(114)은 고전압 배터리 셀(100)의 테두리의 측면 중 제1전극탭(111)이 형성된 측면의 반대방향 측면으로부터 도 2에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 연장된다.
이러한 제2전극탭(114)은 고전압 배터리 셀(100)의 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부(115)와, 제2셀연장부(115)로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제2절곡부(116)가 형성된다.
즉, 제2전극탭(114)은 상기 제1전극탭(111)과 같이 단면형상이 직각형상으로 형성된다.
단면형상이 직각형상으로 형성된 제2전극탭(114)은 일단방향 최외곽의 고전압 배터리 셀(100), 즉 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된다.
첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(114)은 제2절곡부(116)가 제2셀연장부(115)로부터 직각방향으로 절곡된다.
그리고, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉하는 고전압 배터리 셀(100), 즉, 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2전극탭(114)의 제2절곡부(116)는 제2셀연장부(115)로부터 첫 번째 고전압 배터리 셀(100) 방향으로 절곡된다.
따라서, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(116)와 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(116)가 상호 겹쳐진다.
이로 인해, 첫 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(116)와 두 번째 고전압 배터리 셀(100)에 형성된 제2절곡부(116)는 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태로 배터리 서브모듈의 일단방향에서부터 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100)과, 그 고전압 배터리 셀(100)에서 근접하게 배치된 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)은 상호 면접촉하여 반복적으로 적층되고, 제2절곡부(116)들은 상호 면접촉하여 전기적으로 연결된다.
이로 인해, 제1전극탭(111)과 제2전극탭(114)은 도 2에 도시된 바와 같이 XY평면상 지그재그 형상으로 상호 연결되어 적층된다.
고정프레임(200)은 플라스틱과 같은 절연재질로 형성된 것으로서, 고전압 배터리 셀(100) 간의 전기를 상호 절연시킬 수 있고, 소재의 특성상 경량화와 내구성을 향상시킬 수 있다.
고정프레임(200)은 고전압 배터리 셀(100)과 면접촉되고, 면접촉된 고전압 배터리 셀(100)의일면 및 타면이 외부에 노출되도록 사각의 링 형상으로 형성된다.
고정프레임(200)은 사각 링 형상으로 형성되어 인접되어 있는 고전압 배터리 셀(100)의 표면이 외부로 노출됨으로써, 고전압 배터리 셀(100)을 냉각시키기 위한 냉각모듈(300)에 직접 노출된다.
따라서, 고정프레임(200)은 고전압 배터리셀(100)을 냉각모듈(300)에 직접 노출시킴으로써, 고전압 배터리 셀(100)로부터 발생된 열이 종래기술에 비해 더욱 효율적으로 냉각될 수 있다.
고정프레임(200)은 다수개로 구비되어 짝수 번째 고전압 배터리 셀(100)과 홀수 번째 고전압 배터리 셀(100) 사이에 각각 삽입된다.
이러한 고정프레임(200)은 전극탭안착부(210)와, 제1고정플레이트(220)와, 냉각모듈지지부(230)와, 냉각모듈안착홈(240)과, 파이프삽입홈(250)과, 제1고정돌기(260)를 포함한다.
전극탭안착부(210)는 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)과 대응되는 고정프레임(200)의 테두리면으로부터 도 2에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 돌출된다.
전극탭안착부(210)는 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)이 안착되어 제1절곡부(113) 및 제2절곡부(116)가 외부로 노출되도록 한다.
이러한 전극탭안착부(210)의 외측면에는 상호 면접촉하는 한 쌍의 제1절곡부(113) 및 제2절곡부(116)가 감싸는 형상으로 배치된다.
따라서, 전극탭안착부(210)는 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)을 견고하게 지지할 수 있다.
제1고정플레이트(220)는 고정프레임(200)의 상면으로부터 상부방향으로 돌출된 것으로서, 한 쌍으로 형성되어 XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격되고, XY평면상 X축 방향으로 연장된다.
한편, 제1고정플레이트(220)에는 제1고정부재(400)가 체결되는 제1체결공(221)이 관통된다.
즉, 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 고정상태로 유지될 수 있도록 냉각모듈(300)을 관통하는 제1고정부재(400)가 제1고정플레이트(220)에 형성된 제1체결공(221)에 체결됨으로써, 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 용이하게 고정상태로 유지될 수 있다.
냉각모듈지지부(230)는 고정프레임(200)에 냉각모듈(300)이 장착될 때, 상면이 고정프레임(200)의 하면과 면접촉하여 냉각모듈(300)을 지지하는 것으로서, 한 쌍의 제1고정플레이트(220) 상부에서 제1고정플레이트(220)의 길이보다 짧은 길이로 각각 연장되고, 제1고정플레이트(220)의 바깥방향으로 각각 절곡된다.
이로 인해, 냉각모듈지지부(230)는 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 장착될 때, 냉각모듈(300)의 하중을 견고하게 지지할 수 있다.
냉각모듈안착홈(240)은 고정프레임(200)의 상단프레임에 형성된 것으로서, 상호 이격된 한 쌍의 제1고정플레이트(220) 사이에 형성된다.
냉각모듈안착홈(240)은 바람직하게는 직사각형상으로 형성되고, 고정프레임(200)의 상면에서 XY평면상 X축 방향을 따라 다수개가 형성되어 상호 이격되어 배치된다.
이로 인해, 냉각모듈안착홈(240)은 고정프레임(200)에 장착된 냉각모듈(300)을 용이하게 장착시킬 수 있다.
이로 인해, 냉각모듈안착홈(240)은 고정프레임(200)에 냉각모듈(300)이 장착될 때, 후술할 냉각모듈(300)의 히트파이프(320)가 용이하게 관통될 수 있다.
파이프삽입홈(250)은 고정프레임(200)의 하단프레임의 내측면에 형성된 것으로서, 냉각모듈안착홈(240)과 동일한 개수로 형성된다.
이로 인해, 고정프레임(200)에 냉각모듈(300)이 장착될 때, 냉각모듈안착홈(240)을 관통한 히트파이프(320)가 용이하게 삽입될 수 있다.
한편, 파이프삽입홈(250)의 크기는 냉각모듈(300)의 히트파이프(320)의 단면적과 동일한 크기로 형성됨이 바람직하다.
이로 인해, 파이프삽입홈(250)에 삽입된 히트파이프(320)가 외부의 진동에 의해 흔들리는 것이 방지된다.
제1고정돌기(260)는 고정프레임(200)의 상면으로부터 상부방향으로 돌출된 것으로서, 한 쌍으로 형성되어 XY평면상 X축 방향으로 연장된 상기 제1고정플레이트(220)의 XY평면상 X축 방향 양 단에 배치된다.
냉각모듈(300)은 고정프레임(200)의 상부에 장착되어 고전압 배터리 셀(100)로부터 발생된 열을 외부로 방출시켜 고전압 배터리 셀(100)을 냉각시킨다.
이러한 냉각모듈(300)은 히트싱크(310)와 히트파이프(320)를 포함한다.
히트싱크(310)는 다수개의 방열핀(311)이 적층된 것으로서, 고정프레임(200)의 상부에서 제1고정돌기(260) 사이에 장착된다.
한편, 히트싱크(310)를 형성하는 방열핀(311)은 도 2에 도시된 바와 같이 ZX평면상 X축방향으로 상호 이격된 상태로 적층된다.
이로 인해, 방열핀(311)이 XY평면상 X축 방향으로 틈이 형성되고, 상기 틈을 통해 외부의 기체가 유동함으로써, 고전압 배터리 셀(100)에서 더욱 넓은 면적을 냉각시킬 수 있다.
즉, 히트싱크(310)는 고전압 배터리 셀(100)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
이러한 히트싱크(310)는 제2고정돌기(312)와 안착돌기(314)와 제2고정플레이트(317)를 포함한다.
제2고정돌기(312)는 히트싱크(310)의 하면으로부터 하방향으로 다수개가 돌출된 것으로서, XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격되어 형성된다.
상호 이격된 제2고정돌기(312) 사이에는 제1고정플레이트(220)가 배치된다.
한편, 제2고정돌기(312)에는 제1체결공(221)과 연통되어 제1고정부재(400)가 관통하는 제2체결공(313)이 관통된다.
즉, 상호 이격된 제2고정돌기(312)는 제1고정부재(400)가 제2체결공(313)을 관통하여 제1체결공(221) 및 제2체결공(313)을 수평방향으로 체결하는 것을 지지한다.
그리고, 제1체결공(221)과 제2체결공(313) 및 제1고정부재(400)는 나사체결방식으로 체결되어 제1고정부재(400)가 제1체결공(221) 및 제2체결공(313)에 체결됨이 바람직하다.
이로 인해, 제2고정돌기(312)는 고정프레임(200)의 상부에 장착된 냉각모듈(300)을 고정프레임(200)에 고정상태로 용이하게 유지시킬 수 있다.
안착돌기(314)는 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 장착될 때, 냉각모듈안착홈(240)에 삽입되는 것으로서, 냉각모듈안착홈(240)과 대응되는 위치에서 동일한 깊이와 동일한 길이로 히트싱크(310)의 하면으로부터 돌출된다.
이로 인해, 안착돌기(314)는 냉각모듈안착홈(240)에 용이하게 삽입될 수 있다.
한편, 안착돌기(314)는 XY평면상 Y축 방향으로 이격된 한 쌍의 제2고정돌기(312) 사이에 배치된다.
그리고, 안착돌기(314)의 폭은 제2고정돌기(312)의 XY평면상 Y축 방향 이격거리보다 좁은 폭으로 형성된다.
따라서, 안착돌기(314)와 제2고정돌기(312) 사이에는 플레이트장착홈(315)이 형성되어 플레이트장착홈(315)에 제1고정플레이트(220)가 삽입된다.
이로 인해, 플레이트장착홈(315)에 삽입된 제1고정플레이트(220)에 제2고정돌기(312)의 제1체결공(221)을 관통한 제1고정부재(400)가 용이하게 체결될 수 있다.
제2고정플레이트(317)는 히트싱크(310)의 측면으로부터 도 4에 도시된 바와같이 ZX평면상 X축 방향으로 돌출된 것으로서, 하면에 제1고정돌기(260)의 상면과 접촉된다.
제2고정플레이트(317)는 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 장착될 때, 제1고정돌기(260)와 제2고정부재(500)를 매개로 하여 상호 나사결합방식으로 체결된다.
이때, 제2고정부재(500)는 제2고정플레이트(317)와 제1고정돌기(260)를 수직방향 체결에 의해 상호 고정된다.
이로 인해, 냉각모듈(300)에 외부로부터 진동 또는 충격이 전달 되어도, 냉각모듈(300)의 제2고정플레이트(317)와 고정프레임(200)의 제1고정돌기(260)가 상호 제2고정부재(500)를 매개로 하여 고정됨으로써, 냉각모듈(300)은 고정프레임(200)에 견고하게 고정될 수 있다.
히트파이프(320)는 단면형상이 정사각형상으로 형성되고, 도 4에 도시된 ZX평면상 Z축 방향으로 연장된 다수개의 관이 ZX평면상 X축 방향으로 상호 적층되어 하나의 플레이트를 이룬다.
히트파이프(320)는 히트싱크(310)의 하부에서 도 2에 도시된 바와 같이 XY평면상 X축 방향으로 다수개가 상호 이격되어 형성된다.
더욱 상세하게는 히트파이프(320)는 상기 안착돌기(314)와 대응되는 위치에서 동일한 개수로 형성된다.
히트파이프(320)는 상단이 안착돌기(314)에 장착되어 냉각모듈(300)이 고정프레임(200)에 장착시, 냉각모듈안착홈(240)을 관통하고, 파이프삽입홈(250)에 삽입된다.
이로 인해, 히트파이프(320)는 히트싱크(310)로 유입된 기체가 히트싱크(310)의 하부에 연결되고, 배터리 셀 사이에 삽입된 히트파이프(320)를 통해 배터리 셀로부터 발생된 열을 냉각시킨다.
이러한 히트파이프(320)는 안착돌기(314)와 융착결합방식으로 결합된다.
더욱 상세하게는 안착돌기(314)의 하면에는 히트파이프(320)의 상단이 용이하게 삽입될 수 있도록 파이프장착홈(316)이 형성된다.
히트파이프(320)의 상단에서 파이프장착홈(316)에 삽입되는 영역에는 솔더 페이스트(SOLDER PASTE)가 도포되고, 솔더 페이스트가 도포된 영역이 파이프장착홈(316)에 삽입된다.
그리고, 솔더 페이스트가 녹을 정도의 온도에서 히트싱크(310)와 히트파이프(320)를 열처리하여 히트싱크(310)와 히트파이프(320)를 상호 융착시켜 결합한다.
따라서, 히트싱크(310)와 히트파이프(320)를 솔더 페이스트를 매개로 하여 상호 일체형으로 형성된다.
이로 인해, 히트파이프(320)는 외부의 진동에 의해 안착돌기(314)로부터 이탈되는 것이 방지된다.
또한, 히트싱크(310)와 히트파이프(320)를 솔더 페이스트를 매개로 하여 상호 일체형으로 형성됨으로써, 히트싱크(310)와 히트파이프(320) 간의 경계면이 없어 히트싱크(310)와 히트파이프(320) 간의 열저항이 낮아진다.
이로 인해, 히트파이프(320)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.한편, 히트파이프(320)는 바람직하게는 열전달이 우수한 알루미늄재질로 형성된다.
이로 인해, 배터리 셀 사이에 삽입된 히트파이프(320)를 통해 배터리 셀로부터 발생된 열을 냉각시킨다.
또한, 히트파이프(320)는 히트싱크(310)의 하면으로부터 다수개로 형성된다.
즉, 냉각모듈(300)은 하나의 히트싱크(310)에 다수개의 히트파이프(320)가 장착될 수 있다.
이로 인해, 외부의 진동 또는 충격시 순간적인 관성으로 인해 히트파이프(320)의 상단에 일체로 결합된 중량물의 히트싱크(310)가 한쪽으로 치우쳐 히트파이프(320)가 휘어지거나 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 조립순서에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리 서브모듈의 결합순서를 나타낸 순서도이다.
히트파이프(320)의 상단에 솔더 페이스트를 도포(S510)하고, 솔더 페이스트가 도포된 영역을 안착돌기(314)의 플레이트장착홈(315)에 장착(S520)시킨다.
솔더 페이스트가 도포된 히트파이프(320) 및 히트파이프(320)가 장착된 히트싱크(310)를 열처리를 통해 솔더 페이스트를 녹여 히트파이프(320)와 히트싱크(310)를 상호 융착결합 한다.
여기서, 히트파이프(320)와 히트싱크(310)의 열처리 온도는 솔더 페이스트가 녹을 정도의 온도로 열처리하여 냉각모듈을 형성(S530)한다.
이어서, 고정프레임(200)의 상단에는 히트파이프(320)와 히트싱크(310)로 이루어진 냉각모듈(300)이 장착(S540)된다.
이러한 냉각모듈(300)은 고정프레임(200)의 제1고정플레이트(220)가 냉각모듈(300)의 제2고정돌기(312)와 안착돌기(314) 사이에 삽입되어 제2고정돌기(312)를 관통하는 제1고정돌기(260)의 수평방향 체결에 의해 고정(S550)되고, 고정프레임(200)의 제1고정돌기(260)와 냉각모듈(300)의 제2고정플레이트(317)가 상호 면접촉하여 제2고정부재(500)의 수직방향 체결에의해 상호 고정(S560)된다.
이로 인해, 고정프레임(200)에 장착된 냉각모듈(300)이 외부의 진동에 의해 흔들리거나 외부로 이탈되는 것이 방지된다.
또한, 냉각모듈(300)에 형성된 히트파이프(320)가 고정프레임(200)을 관통함으로써, 고정프레임(200)에 면접촉된 고전압 배터리 셀(100)의 열이 용이하게 냉각될 수 있다.
이어서, 고정프레임(200)에 한 쌍의 고전압 배터리 셀(100)이 ZY평명상 Y축 방향 양측면에 각각 상호 면접촉(S570)된다.
한편, 고정프레임(200)의 도 2에 도시된 바와 같이 ZX평면상 X축 방향 양측면에는 전극탭안착부(210)가 돌출되고, 고전압 배터리 셀(100)에는 그 테두리면 양측면으로부터 ZX평면상 X방향으로 제1전극탭(111)과 제2전극탭(114)이 구비되어 있다.
그리고, 제1전극탭(111)과 제2전극탭(114)은 각각 전극탭안착부(210)에 안착된다.
또한, 고정프레임(200)에 배치된 한 쌍의 고전압 배터리 셀(100) 중 일측에 배치된 고전압 배터리 셀(100)의 제1전극탭(111)은 그 단면이 직선형상으로 형성되어 버스바와 전기적으로 연결되고, 타측에 배치된 고전압 배터리 셀(100)의 제1전극탭(111)은 직각형상으로 형성되어 있다.
그리고, 고정프레임(200)에 배치된 한 쌍의 고전압 배터리 셀(100)의 제2전극탭(114)은 각각 직각형상으로 형성되되, 제2전극탭(114)의 제2절곡부(116)는 상호 면접촉하도록 형성된다.
따라서, 제1전극탭(111)과 제2전극탭(114)은 평면상 지그재그 형상으로 상호 연결되어 적층된다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 고전압 배터리 서브모듈은 하나의 히트싱크(310)에 다수개의 히트파이프(320)가 장착됨으로써, 외부의 진동 또는 충격시 순간적인 관성으로 인해 히트파이프(320)의 상단에 일체로 결합된 중량물의 히트싱크(310)가 한쪽으로 치우쳐 히트파이프(320)가 휘어지거나 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 고정프레임(200)이 고전압 배터리셀(100)을 냉각모듈(300)에 직접 노출시킴으로써, 고전압 배터리 셀(100)로부터 발생된 열이 더욱 효율적으로 냉각될 수 있다.
또한, 전극탭안착부(210)의 외측면에 상호 면접촉하는 한 쌍의 제1절곡부(113) 및 제2절곡부(116)가 감싸는 형상으로 배치됨으로써, 전극탭안착부(210)는 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)이 외력에 의해 구부러지거나 파손되지 않도록 제1전극탭(111) 및 제2전극탭(114)을 견고하게 지지할 수 있다.
아울러, 히트싱크(310)의 연결돌기에 융착결합방식으로 결합되는 히트파이프(320)의 상단에 솔더 페이스트를 도포하여 열처리 함으로써, 히트싱크(310)와 히트파이프(320)가 견고하게 결합될 수 있고, 히트파이프(320)가 외부의 진동에 의해 안착돌기(314)로부터 이탈되는 것이 방지된다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 고전압 배터리 셀 110: 전극탭
111: 제1전극탭 112: 제1셀연장부
113: 제1절곡부 114: 제2전극탭
115: 제2셀연장부 116: 제2절곡부
200: 고정프레임 210: 전극탭안착부
220: 제1고정플레이트 221: 제1체결공
230: 냉각모듈지지부 240: 냉각모듈안착홈
250: 파이프삽입홈 260: 제1고정돌기
300: 냉각모듈 310: 히트싱크
311: 방열핀 312: 제2고정돌기
313: 제2체결공 314: 안착돌기
315: 플레이트장착홈 316: 파이프장착홈
317: 제2고정플레이트 320: 히트파이프
400: 제1고정부재 500: 제2고정부재

Claims (9)

  1. 고전압 배터리 시스템에 설치되는 고전압 배터리 서브모듈에 있어서,
    상기 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장하고, XY평면상 Y축 방향으로 적층되며, 테두리면의 양측면으로부터 전극탭이 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고전압 배터리 셀;
    상기 고전압 배터리 셀과 면접촉되고, 면접촉된 상기 고전압 배터리 셀의 일면 및 타면이 외부에 노출되도록 사각링 형상으로 형성되고, 상기 전극탭과 대응되는 위치에 상기 전극탭이 안착되는 전극탭안착부가 XY평면상 X축 방향으로 연장된 다수개의 고정프레임; 및
    상기 고정프레임의 상부에 장착되어 상기 고전압 배터리 셀의 발열을 냉각시키는 히트싱크 및 상기 히트싱크의 하부에서 ZX평면상 X축 방향으로 상호 이격되어 상기 히트싱크와 일체로 형성된 다수개의 히트파이프로 형성된 냉각모듈;을 포함하되,
    상기 고정프레임의 상면에는,
    XY평면상 X축 방향으로 연장되고 XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격된 한 쌍의 제1고정플레이트 및 상기 제1고정플레이트의 상부에서 상기 제1고정플레이트의 길이보다 짧은 길이로 연장되고 상기 제1고정플레이트의 바깥 방향으로 각각 절곡되어 상기 고정프레임에 상기 냉각모듈의 장착시, 상기 히트싱크의 하면을 지지하는 한 쌍의 냉각모듈지지부가 형성되고,
    상기 고정프레임의 상부에는 한 쌍의 상기 제1고정플레이트 사이에서 상기 히트파이프와 대응되는 위치에 상기 냉각모듈이 안착되어 상기 히트파이프가 관통되는 냉각모듈안착홈이 형성되며,
    상기 히트싱크의 하면에는 상기 냉각모듈안착홈과 대응되는 위치에 상기 냉각모듈안착홈의 깊이와 동일한 길이로 형성되어 상기 냉각모듈안착홈에 삽입되는 안착돌기가 형성되고,
    상기 히트싱크의 하면에는 상기 안착돌기로부터 바깥방향으로 이격되고, XY평면상 Y축 방향으로 상호 이격된 제2고정돌기가 형성되되,
    상기 제2고정돌기와 상기 안착돌기 사이에 상기 제1고정플레이트가 삽입되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정프레임의 하부에는 상기 냉각모듈안착홈으로부터 관통된 상기 히트파이프가 삽입되는 파이프삽입홈이 형성된 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안착돌기의 하면에는 상기 히트파이프의 상부가 장착되는 파이프장착홈이 형성되되,
    상기 파이프장착홈에는 상기 히트파이프의 상부가 융착결합방식으로 결합되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 융착결합방식은,
    상기 히트파이프의 상부에 솔더 페이스트(SOLDER PASTE)가 도포되어 상기 솔더 페이스트의 가열에 의해 상기 히트파이프와 상기 안착돌기가 상호 일체형으로 융착되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1고정플레이트에는 상기 제2고정돌기와 상기 안착돌기 사이에 겹쳐지는 제1체결공이 관통되고,
    상기 제2고정돌기에는 상기 제1체결공과 연통되어 상기 고정프레임과 상기 냉각모듈을 상호 결합시키는 제1고정부재가 체결되는 제2체결공이 관통되되,
    상기 제1고정부재가 상기 제1체결공 및 제2체결공을 수평방향으로 체결하여 상기 냉각모듈이 상기 고정프레임에 고정상태로 유지되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고정프레임의 상면에는,
    XY평면상 X축 방향으로 연장된 상기 제1고정플레이트의 XY평면상 X축 방향 양 단에 배치된 한 쌍의 제1고정돌기가 형성되고,
    상기 히트싱크에서 상기 제1고정돌기와 대응되는 위치에는 제2고정플레이트가 형성되되,
    상기 제1고정돌기와 상기 제2고정플레이트는 제2고정부재의 수직방향 체결에 의해 고정되는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은,
    상기 고전압 배터리 셀의 테두리 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제1셀연장부와, 제1셀연장부로부터 XY평면상 Y축 방향으로 절곡된 제1절곡부로 형성된 제1전극탭; 및
    상기 고전압 배터리 셀의 테두리에서 상기 제1전극탭과 반대방향 측면으로부터 XY평면상 X축 방향으로 연장된 제2셀연장부와, 상기 제2셀연장부로부터 XY평면상 Y방향으로 절곡된 제2절곡부로 형성된 제2전극탭;을 포함하는 것
    인 고전압 배터리 서브모듈.
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