KR102584856B1 - 측방 냉각형 배터리 모듈 - Google Patents

측방 냉각형 배터리 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102584856B1
KR102584856B1 KR1020230044959A KR20230044959A KR102584856B1 KR 102584856 B1 KR102584856 B1 KR 102584856B1 KR 1020230044959 A KR1020230044959 A KR 1020230044959A KR 20230044959 A KR20230044959 A KR 20230044959A KR 102584856 B1 KR102584856 B1 KR 102584856B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
battery module
loop
internal
heat panel
Prior art date
Application number
KR1020230044959A
Other languages
English (en)
Inventor
배영기
배건우
김병호
Original Assignee
주식회사 세기하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 세기하이텍 filed Critical 주식회사 세기하이텍
Priority to KR1020230044959A priority Critical patent/KR102584856B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102584856B1 publication Critical patent/KR102584856B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 측방 냉각형 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트패널 내부 모세관에 의해서 중심부 열원을 일측단 또는 양측단에 설치된 냉각 자켓으로 효율적으로 전달 가능한 측방 냉각형 배터리 모듈에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 복수 개의 배터리셀이 구비되는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 일측단 또는 양측단에 설치되는 냉각자켓; 상기 배터리 모듈 내부에 설치되어 상기 배터리셀에 밀착되는 히트패널;을 포함하여 구성되며, 상기 히트패널 내부 모세관을 상하 또는 좌우 단부를 교번하여 인접 단부와 연결시키면서 개루프 또는 폐루프의 연결관으로 형성시켜, 중심부 열원을 일측단 또는 양측단에 설치된 냉각 자켓으로 전달시키는 것을 특징으로 한다.

Description

측방 냉각형 배터리 모듈{Battery modules with lateral cooling}
본 발명은 측방 냉각형 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트패널 내부 모세관에 의해서 중심부 열원을 일측단 또는 양측단에 설치된 냉각 자켓으로 효율적으로 전달 가능한 측방 냉각형 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 리튬(Li) 이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 전기를 발생시키는 것으로, 전기자동차가 실용화되면서 이차전지의 경량화 및 소형화, 충전시간 단축에 관한 연구가 지속되고 있다.
이때, 전기자동차 배터리는 충전과 방전이 반복적으로 이루어지면 열이 발생하며, 배터리 작동 온도에 따라 배터리 효율이 변화하여 배터리팩의 적정한 온도를 유지해야한다. 일반적으로 전기자동차의 배터리는 지정 온도를 유지하여 배터리의 성능 및 효율이 최적 상태가 되도록 한다.
이를 위하여 전기자동차에는 배터리 열관리 시스템이 설치되는데, 상기 배터리 열관리 시스템은 차량 실내공기를 이용하여 배터리 냉각이 이루어지는 공랭식 냉각장치 또는 냉각수를 이용하여 배터리 냉각이 이루어지는 수냉식 냉각장치로 구분된다.
일반적으로 공랭식 냉각장치 방식 배터리 열관리 시스템은 주로 소형 전기 자동차 및 하이브리드 차량에 적용되고, 수냉식 냉각장치 방식 배터리 열관리 시스템은 주로 상용 전기 자동차에 적용된다.
한국공개특허 제10-2020-0009566호 '배터리 열관리 통합 시스템 및 그 운영방법'에서는 수냉식 냉각장치 방식 배터리 열관리 시스템을 자동차용 전기모터에 전력을 공급하는 고전압 배터리에 적용시키기 위하여 수냉식 냉각장치와 루프 온(Roof On) 에어컨이 함께 묶여진 칠러 방식 배터리 열관리 시스템으로 변형되어 배터리 냉각 효과를 높여준다.
한편, 배터리 냉각 구조에 대하여 좀 더 자세하게 살펴보면, 일반적으로 배터리는 고온에서 저온 방향으로 열을 전달시키는 열전달 매체가 접합되어, 배터리 온도 제어에 관여하고 있다.
이와 같은 열전달 매체는 열전도에 의존하는 알루미늄 소재 판이 있으며, 경제성, 부식성, 기계적 강도를 고려하여 범용적으로 사용되고 있으나, 열전달 속도 및 효율이 낮은 단점이 있다.
또 다른 열전달 매체로는 열대류에 의존하는 히트패널이 있는데, 히트패널은 내부에 직선으로 밀집배열된 내부 모세관을 형성시키고, 상기 모세관에 작동유체를 주입시켜 형성된다.
이와 같은 히트패널은 내부 모세관이 수직으로 세워지는 방향으로 설치되고 하방의 열을 상방으로 이송시키는 방식으로 사용이 강제되는데, 이는 모세관 내부에서 하부에 고여있는 작동유체가 열에 의해 기화되면 열대류로 상승하고 상방에서 냉각 응축된 작동유체가 중력에 의해 하강하는 원리를 이용하기 때문이다.
이러한 히트패널은 작동유체의 열반응 속도와 열대류에 의존하여 열을 이송시키므로 열전도에 비하여 열이송 속도 및 효율이 매우 큰 장점이 있다.
하지만, 히트패널은 열이송 방향이 하부에서 상부로 특정되므로, 내부 모세관의 수직 설치 및 하부에 열원이 배치되고 상부에 냉각원이 배치되는 구조를 강제하는 단점이 있다.
한편, 배터리 모듈의 냉각에 대하여 살펴보면, 한국등록특허 제10-2311076호 '히트 파이프를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩'에서는 전지셀의 열 밸런스를 향상시키기 위하여 복수의 원통형 전지셀을 따라 수평 방향으로 길게 연장되고, 판상으로 형성되어 양면이 수평 방향을 향하도록 세워진 형태로 구성된 히트 파이프를 포함한다.
종래기술에서의 히트패널은 일측단 또는 양측단에 방열핀이 형성되어 배터리에 누적된 열을 외부로 효과적으로 방열시키는 것을 기재하고 있다.
이러한 히트패널은 도 1 내지 도 2와 같이, 내부 모세관이 수직으로 세워지는 방향으로 형성되는 것으로, 종래기술방식에서 상기 히트 파이프는 열대류에 의한 열전달이 실행되므로 하부열을 상방으로 이송시키는 방향 구속성을 가진다.
따라서, 한국등록특허 제10-2311076호 '히트 파이프를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩'의 기술에 의해서는 배터리 하방의 열을 상방으로 이송시키는 것은 가능하지만, 측방향으로의 열전달은 열전도에 의존하는 것이 되므로 일반적인 알루미늄판과 기능적 차이점이 없는 문제점이 있으므로, 이를 개선하기 위한 기술 개발 연구가 요구되고 있는 시점이다.
한국등록특허 제10-2311076호 '히트 파이프를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩' 한국등록특허 제10-1670020호 '배터리 모듈 냉각 장치'
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 전기자동차에 적용되는 배터리 모듈의 효율적인 열 이송 및 방출이 이루어지며, 배터리 모듈 내 열 균형을 이루어 배터리 수명을 향상시킬 수 있도록 측방 냉각형 배터리 모듈을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 복수 개의 배터리셀이 밀집배치되어 형성된 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 일측단 또는 양측단에 설치되는 냉각자켓; 상기 배터리 모듈 내부에서 상기 배터리셀들을 사이에 삽입되어 상기 배터리셀들을 칸 구분시키면서 밀착 설치되며, 일측단 또는 양측단이 상기 냉각자켓에 접촉되는 판상체로서, 내부에 직선으로 평행하게 형성되는 내부 모세관이 1개 선으로 연속되는 개루프 또는 폐루프로 형성되는 히트패널;을 포함하여 구성되며, 상기 히트패널이 배터리 열원을 일측단 또는 양측단에 설치된 냉각 자켓으로 수평방향 전달시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 히트패널은 내부 모세관이 가로로 평행 설치되고 좌우 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프를 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트패널은 내부 모세관이 세로로 평행 설치되고 상하 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프를 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트패널은 내부 모세관이 직선 평행 형성되는 압출판으로서, 상기 모세관 단부의 모세관 벽을 양단 교번 절삭하고 봉합하여 상기 내부 모세관을 개루프 또는 폐루프로 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트패널은 금형 프레스 작업 또는 에칭 작업으로 모세관을 형성시킨 후 평판을 접합시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 모세관은 연속 평행배열된 복수 개의 기본세관과; 상기 기본세관들을 연결시키는 연결세관으로 형성되고, 상기 기본세관은 세관 내폭이 작은 세폭관과 세관 내폭이 큰 광폭관의 조합으로 형성되어 상기 세폭관과 광폭관의 압력차이에 의해 작동유체가 개루프 또는 폐루프 모세관을 따라 주행하면서, 열대류에 역행하는 방향으로 열전달시키는 파스칼식 내부 모세관으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트패널은 개루프 또는 폐루프의 모세관이 내부에 대칭 형성되는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈로 되는 것이 바람직하다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 측방 냉각형 배터리 모듈에 따르면, 전기자동차에 적용되는 배터리 모듈의 효율적인 열 이송 및 방출이 이루어지며, 배터리 모듈 내 열 균형을 이루어 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 종래 히트패널의 단면도.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈을 나타낸 평면도.
도 4는 개루프형 히트패널이 적용된 본 발명의 정면 구조도
도 5는 폐루프형 히트패널이 세로 기본세관으로 대칭 적용된 본 발명의 정면 구조도
도 6은 폐루프형 히트패널이 가로 기본세관으로 대칭 적용된 본 발명의 정면 구조도
도 7은 파스칼식 내부 모세관에서 열이송을 설명하는 설명도
도 8은 압출방식으로 제작되는 본 발명의 히트패널 구조도
도 9는 프레스방식으로 제작되는 본 발명의 히트패널 구조도
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1 내지 도 2는 종래 히트패널의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 배터리 모듈을 나타낸 평면도이고, 도 4는 개루프형 히트패널이 적용된 본 발명의 정면 구조도이며, 도 5는 폐루프형 히트패널이 대칭 적용된 본 발명의 정면 구조도이며, 도 5는 폐루프형 히트패널이 세로 기본세관으로 대칭 적용된 본 발명의 정면 구조도이며, 도 6은 폐루프형 히트패널이 가로 기본세관으로 대칭 적용된 본 발명의 정면 구조도이며, 도 7은 파스칼식 내부 모세관에서 열이송을 설명하는 설명도이며, 도 8은 압출방식으로 제작되는 본 발명의 히트패널 구조도이며, 도 9는 프레스방식으로 제작되는 본 발명의 히트패널 구조도이다.
본 발명을 설명하기 이전에, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술 히트패널은 내부 모세관이 수직으로 세워지는 방향으로 형성되어 열이송 방향이 하부에서 상부로 특정되므로, 하부에 열원이 배치되고 상부에 냉각원이 배치되는 구조를 강제하는 단점이 있으며, 도 2와 같이 내부 모세관이 수평으로 설치되면 열대류에 의한 열이송이 발생되지 않는 문제점이 있다.
이러한 히트패널을 배터리 모듈에 적용하게 되면, 배터리 하방의 열을 상방으로 이송시키는 것은 가능하지만, 측방향으로의 열전달은 열전도에 의존하게 되므로 일반적인 알루미늄 판과 기능적 차이가 없게 되어 배터리의 열은 중앙부에 집중되고 히트패널의 방열 작용은 효과적으로 이루어지지 않게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 측방 냉각형 배터리 모듈(10)에 관한 것으로서, 크게 배터리셀(11), 냉각자켓(20) 및 히트패널(30)로 구성된다.
상기 배터리 모듈(10)은 일반적으로 복수 개의 원통형, 각형 또는 파우치형 배터리셀(11)이 구비되는 것으로, 배터리셀(11)은 배터리 모듈 프레임에 행과 열에 맞추어 연결된다.
도 3에서는 예시적으로 원통형 배터리셀(11)로 구성된 배터리 모듈(10)이 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 냉각자켓(20)은 상기 배터리 모듈(10)의 일측단 또는 양측단에 설치될 수 있으며, 열 전도성을 갖는 공냉 또는 수냉 장치로 이루어져, 각 배터리셀(11)의 누적된 열을 본 발명의 히트패널(30)을 통해 측방향에 배치된 냉각자켓(20)으로 전달함에 따라, 내부 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있다.
도 3에서는 상기 냉각자켓(20)이 배터리 모듈(10)의 양측단에 설치된 실시예가 도시되어 있으며, 본 발명의 히트패널(30)은 상기 배터리 모듈(10) 사이에 설치된다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트패널(30)은 상기 배터리셀(11)의 형상에 따라 곡률 형성되어, 배터리셀(11)과 밀착 형합되어 온도 접달 면적이 확대되도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 기본 구조에서 본 발명의 히트패널(30)은 내부 모세관이 도 4와 도 5에서 보여지는 바와 같이 상하 단부 또는 좌우 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프의 연속관으로 형성되는 특징을 가진다.
도 4의 실시예를 참조하여 본 발명에 대하여 살펴보면, 본 발명의 히트패널(30) 내부 모세관은 가로로 평행 설치되고 좌우 단부가 교번 연결되어 전체 하나의 관으로 연결되는 개루프 연결관으로 형성된다.
본 발명의 설명을 위하여 상기 내부 모세관(40)은 직선으로 연속 평행 배치된 기본세관(40-1)과 상기 기본세관(40-1)을 연결시키는 연결세관(40-2)으로 구분할 수 있다.
이와 같이 구성되는 내부 모세관(40) 내에는 작동유체가 주입되어 열에 의해 기화와 액화를 반복하여 배터리 모듈(10)에서 발생된 열을 측방향으로 열이송시키게 된다.
자세하게는, 본 발명에서 상기 내부 모세관(40)은 도 4에서 보여지는 바와 같이 1개 선으로 연속되는 연결관을 형성되어 있으므로, 전체 연속관 내 압력이 위치에 따라 부분 편차가 발생된다.
이와 같은 부분 압력편차는 내부에서 작동유체의 기화기체와 액체의 이송을 펄스 형태로 연속 발생시키게 되어, 열대류 속도에 못지않는 빠른 속도로 열이송 펄스를 발생시키게 된다.
이에 대해서 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 히트패널(30)의 내부 모세관(40)에는 작동유체가 주입되는데, 내부 모세관(40)의 직경 규모에 의한 모세관 현상에 의해서 내부에 주입된 작동유체는 내부 모세관(40) 전체에서 불규칙한 간격으로 액막을 형성시키면서 산포되며, 각 산포된 액막들 사이는 격리된 독립 진공챔버로 유지된다.
각 독립 진공챔버는 열원과 냉원 위치 및 액막에 의한 챔버 크기에 따라 압력차가 발생되어 상호 가압하는 효과가 발생되며, 이러한 가압은 열원에 의해 주기적으로 연속 변동됨에 따라, 주기적인 액막 이송 펄스 현상으로 나타나며 각 액막의 이동에 측방으로 열을 이송시키게 된다.
도 4에 도시된 실시예에서 본 발명의 히트패널(30)은 도 2의 모세관 방향처럼 내부 모세관(40)의 기본세관(40-1) 방향이 형성되어 있으나, 도 1의 모세관 방형처럼 내부 모세관(40)의 기본세관(40-1)이 세로로 평행 설치되고 상하 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프형 연결관을 형성시킬 수도 있다.
도 5는 이와 같이 내부 모세관(40)의 기본세관(40-1)이 세로로 평행 설치되고 폐루프형 연결관을 형성시키는 실시예로서, 이와 같이 형성되는 경우에도 연결관 내부에서 위치에 따른 압력편차에 의해 열이송 펄스가 발생되면서 열이송이 실시됨에 따라 중앙부의 열을 측면으로 빠르게 전달시키는 효과가 있다.
본 발명에서 상기 히트패널(30)은 도 8에 도시된 바와 같이 내부 모세관(40)이 직선 평행 형성되는 압출판으로 모재를 형성하고, 상기 모세관 단부의 모세관 벽을 양단 교번 절삭하고 봉합하여 봉합선(33)을 형성시킴으로써 상기 내부 모세관(40)을 도 8a와 같이 개루프 또는 도 8b와 같이 폐루프로 형성시킬 수 있으며, 이러한 압출판 성형방식에 의하면 제작 원가를 크게 절감시킬 수 있으면서 배터리 외형에 형합되도록 쉽게 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 히트패널(30)은 금형 프레스 작업 또는 에칭 작업으로 모세관을 형성시킨 후 평판을 접합시켜 형성시킬 수도 있다.
도 9는 이에 대한 일실시예로서, 중간판(30-2)에 모세관을 금형 프레스로 천공 형성시키고, 양면에 평판(30-1)을 접합시켜 형성시키고 있다.
한편, 본 발명의 히트패널은 상기 내부 모세관(50)을 도 5와 도 6에서 보여지는 바와 같이, 히트패널(30) 일측단에 단위체로 형성되어 제1루프영역(A)을 이루고 히트패널(30) 타측에 단위체로 형성되어 제2루프영역(B)을 이루도록 구분 형성할 수 있다.
도 5의 실시예에서는 기본세관(40-1)이 세로로 평행 설치된 단위체가 도시되어 있으나, 도 6과 같이 기본세관(40-1)이 가로로 평행 설치된 단위체가 설치될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구분 영역되어 설치되는 본 발명에 의하면 도 5와 도 6에서 보여지는 바와 같이 단위체의 시각에서 내부 모세관 일측단은 열원이 배치되고 타측은 냉각자켓(20)이 배치되어 열이송 이동 방향이 일측단 방향으로 형성됨에 따라 열이송 효율이 상승되는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 상기 제1루프영역(A)과 제2루프영역(B)으로 이루어지는 구조에 의해서, 히트패널(30)의 측방향으로의 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 도 5와 도 6의 실시예에서 보여주는 바와 같이, 히트패널(30)을 형성시키는 내부 모세관(40)을 기본세관(40-1)이 세관 내폭이 작은 세폭관(40-11)과 세관 내폭이 큰 광폭관(40-12)의 조합으로 형성시키고 있다.
상기 세폭관(40-11)과 광폭관(40-12)의 조합에 따라 연속관내 압력차이에 의해 내부 작동유체가 받는 열 펄스압이 증폭하면서, 열이송 효율을 향상시키게 된다.
상기 세폭관(40-11)과 광폭관(40-12)의 조합비는 n:1(n은 자연수)로 등간격 또는 부등간격으로 조합될 수 있다.
상기 세폭관(40-11)과 광폭관(40-12)의 기능을 기존의 히트패널 열전달 방향과 역배치된 도 7을 참고하여 살펴보기로 한다.
도 7에서 보여지는 바와 같이 열원이 상측에 넓게 배치되고 냉원이 하측에 넓게 배치되는 경우를 예를 들어 설명하면, a와 같이 세폭관(40-11)과 광폭관(40-12) 내부 압력차가 발생되고, b, c와 같이 상기 압력차에 의해 하부 작동유체를 이송시키면서 d, e와 같이 상측에서 끓어 증발시키게 되어 증발된 기체 압력이 이송을 가속시키며, 이에 따라 열원에 의해 증발된 기체가 폐루프를 따라 주회하게 되기 때문이다.
또한, 이와 같이 본 발명은 광폭관(40-12)과 세폭관(40-11)의 관폭에 의한 압력차에 의해 작동유체를 상측으로 밀어내는 파스칼 원리가 작용하는 것이므로 '파스칼식 내부 모세관'이라고 정의할 수 있으며, 상방에 열원이 배치되고 하방에 냉원이 배치되어도 연속관을 따라 작동유체 및 작동기체가 열대류 및 중력 방향을 역행하여 주회하면서 열이송을 하게 된다.
이와 같이 광폭관(40-12)과 세폭관(40-11)의 조합은 열대류 방향에 역행하는 열이송 압력을 가지므로, 측방 이송은 더 쉽게 이루어진다.
본 발명의 상기 파스칼식 내부 모세관(60) 역시 도 5에서 보여지는 바와 같이 히트패널(30) 일측단에 형성되는 제1루프영역(A)과 히트패널(30) 타측에 형성되고 상기 제1루프영역(A)과 대칭되어 배치되는 제2루프영역(B)이 이루어질 수 있으며, 도 5의 실시예와 같이 기본세관(40-1)이 세로로 평행 설치된 단위체 뿐만 아니라, 도 6의 실시예와 같이 기본세관(40-1)이 가로로 평행 설치된 단위체에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 히트패널 내부의 독특한 내부 모세관의 형상에 의해 히트패널(30) 중심부의 배터리 열원을 측방으로 빠르게 이송하여 냉각시키게 되므로, 본 발명의 히트패널(30)은 종래기술 보다 빠르고 효과적인 열이송을 수행할 수 있는 특징이 있다.
상기 구성에 따른 본 발명은 전기자동차 분야에 적용되는 배터리 모듈에서 발생되는 열을 히트패널(30)을 통해 냉각자켓(20)으로 이송시켜 효율적인 열 이송 및 방출이 이루어지며, 복수의 배터리셀(11) 간 발생되는 불균등 발열 양상을 완화시킬 수 있는 이점이 있다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 배터리 모듈
11 : 배터리셀
20 : 냉각자켓
30 : 히트패널
40 : 내부 모세관
40-1 : 기본세관
40-2 : 연결세관
A : 제1루프영역
B : 제2루프영역

Claims (7)

  1. 복수 개의 배터리셀이 밀집배치되어 형성된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 일측단 또는 양측단에 설치되는 냉각자켓;
    상기 배터리 모듈 내부에서 상기 배터리셀들을 사이에 삽입되어 상기 배터리셀들을 칸 구분시키면서 밀착 설치되며, 일측단 또는 양측단이 상기 냉각자켓에 접촉되는 판상체로서, 내부에 직선으로 평행하게 형성되는 내부 모세관이 1개 선으로 연속되는 개루프 또는 폐루프로 형성되는 히트패널;을 포함하여 구성되며,
    상기 히트패널이 배터리 열원을 일측단 또는 양측단에 설치된 냉각 자켓으로 수평방향 전달시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트패널은
    내부 모세관이 가로로 평행 설치되고 좌우 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프를 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트패널은
    내부 모세관이 세로로 평행 설치되고 상하 단부가 교번 연결되어 개루프 또는 폐루프를 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트패널은
    내부 모세관이 직선 평행 형성되는 압출판으로서, 상기 모세관 단부의 모세관 벽을 양단 교번 절삭하고 봉합하여 상기 내부 모세관을 개루프 또는 폐루프로 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서 상기 히트패널은
    금형 프레스 작업 또는 에칭 작업으로 모세관을 형성시킨 후 평판을 접합시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 모세관은
    연속 평행배열된 복수 개의 기본세관과;
    상기 기본세관들을 연결시키는 연결세관으로 형성되고,
    상기 기본세관은
    세관 내폭이 작은 세폭관과 세관 내폭이 큰 광폭관의 조합으로 형성되어
    상기 세폭관과 광폭관의 압력차이에 의해 작동유체가 개루프 또는 폐루프 모세관을 따라 주행하면서, 열대류에 역행하는 방향으로 열전달시키는 파스칼식 내부 모세관으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히트패널은
    개루프 또는 폐루프의 모세관이 내부에 대칭 형성되는 것을 특징으로 하는 측방 냉각형 배터리 모듈.

KR1020230044959A 2023-04-05 2023-04-05 측방 냉각형 배터리 모듈 KR102584856B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230044959A KR102584856B1 (ko) 2023-04-05 2023-04-05 측방 냉각형 배터리 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230044959A KR102584856B1 (ko) 2023-04-05 2023-04-05 측방 냉각형 배터리 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102584856B1 true KR102584856B1 (ko) 2023-10-05

Family

ID=88293506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230044959A KR102584856B1 (ko) 2023-04-05 2023-04-05 측방 냉각형 배터리 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102584856B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070120251A (ko) * 2006-06-19 2007-12-24 티티엠주식회사 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제조 방법
KR20100056715A (ko) * 2008-11-20 2010-05-28 이상철 히트파이프형 방열장치
KR101670020B1 (ko) 2015-07-06 2016-10-28 서울산업기술주식회사 배터리 모듈 냉각 장치
KR20190046526A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 세종공업 주식회사 배터리 냉각용 히트파이프
KR20200058219A (ko) * 2018-11-19 2020-05-27 삼성전자주식회사 냉각 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치
KR20210064828A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 삼성전자주식회사 냉각 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치
KR102311076B1 (ko) 2017-11-13 2021-10-08 주식회사 엘지에너지솔루션 히트 파이프를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070120251A (ko) * 2006-06-19 2007-12-24 티티엠주식회사 히트파이프 일체형의 인쇄회로기판 및 그 제조 방법
KR20100056715A (ko) * 2008-11-20 2010-05-28 이상철 히트파이프형 방열장치
KR101670020B1 (ko) 2015-07-06 2016-10-28 서울산업기술주식회사 배터리 모듈 냉각 장치
KR20190046526A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 세종공업 주식회사 배터리 냉각용 히트파이프
KR102311076B1 (ko) 2017-11-13 2021-10-08 주식회사 엘지에너지솔루션 히트 파이프를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩
KR20200058219A (ko) * 2018-11-19 2020-05-27 삼성전자주식회사 냉각 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치
KR20210064828A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 삼성전자주식회사 냉각 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170256830A1 (en) Thermal management system of battery pack
US8409743B2 (en) Battery system with battery cells arranged in array alignment
EP3111152B1 (en) Energy storage system with heat pipe thermal management
CN105742542B (zh) 一种强制对流动力电池散热装置
JP5456371B2 (ja) 車両用のバッテリシステム及びこのバッテリシステムを搭載する車両
US20210367288A1 (en) Power battery pack having heat superconducting heat exchanger and power battery pack system
US20140072856A1 (en) Battery pack of novel air cooling structure
US11511648B2 (en) Power source device and electric vehicle equipped with power source device
US20140370339A1 (en) Bus bar with novel structure
CN109449334B (zh) 一种基于三维均温板的电池热管理装置
EP3157092B1 (en) Battery module including a cooling plate with embedded cooling tubes
JP6167023B2 (ja) 組電池の冷却構造
KR20130112899A (ko) 온도-제어 배터리
CN104160547A (zh) 具有新颖的空气冷却式结构的电池组
CN105826636A (zh) 动力电池多层逆流换热装置
KR20200083562A (ko) 전기에너지 저장 유닛 냉각 장치
CN105789516A (zh) 动力电池热控箱体
CN109246984B (zh) 轨道交通用大功率热超导板翅组合式散热器
JP2016186900A (ja) リチウムイオン二次電池装置
CN112397806A (zh) 集成加热功能的电池冷板、动力电池系统及新能源车辆
CN115117510A (zh) 一种电池包及包括其的电动装置
KR102584856B1 (ko) 측방 냉각형 배터리 모듈
WO2024027740A1 (zh) 电池用冷却系统、电池包及车辆
CN108808157B (zh) 电池的冷却系统及车辆
KR102281471B1 (ko) 배터리 셀용 방열판 및 이를 구비한 배터리 방열장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant