KR102638722B1 - 배터리용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1케이스부재와, 제2케이스부재와, 상기 제1케이스부재와 제2케이스부재 사이에 위치하여 제1케이스부재와 제2케이스부재에 결합되는 중간부재를 포함하며;
상기 제1케이스부재와 중간부재 사이에 냉각 유체가 유동하는 유로가 형성되고, 상기 제2케이스부재에는 복수의 통공이 형성되어 상기 중간부재는 통공을 통하여 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치에 관한 것이다.

Description

배터리용 냉각장치{A COOLING DEVICE FOR BATTERY}
본 발명은 배터리용 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리가 폭발할 때 냉각수가 배출되도록 소화기능을 구비한 배터리용 냉각장치에 관한 것이다.
최근 환경 보호에 대한 관심 증가에 따라 기존의 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경 친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 개발이 활발하게 개발되고 있다.
하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 차량을 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 저감과 함께 연비향상의 효과로 인하여 미국과 일본을 중심으로 최근 각광을 받고 있는 현실 대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.
하이브리드 차량의 동력원으로는 가솔린 및 디젤로 구동되는 엔진과 보조 동력원으로 모터를 사용하고 있다. 저속 운전 시는 상기 모터를 동력원으로 하여 주행하고, 일정 속도 이상에서는 동력원을 엔진으로 전환하여 주행하게 된다.
모터의 구동에 필요한 동력원으로 배터리를 사용하고 있는데, 이러한 배터리는 하이브리드 차량은 물론 전기자동차에서 수명에 중요한 인자로 작용하고 있다. 하이브리드 차량 및 전기자동차 등의 모터 구동용 전원으로는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지(RECHARGEABLE BATTERY)를 널리 사용한다.
그런데 종래의 배터리를 장시간 사용할 경우 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 대용량의 배터리의 경우, 충전 또는 방전 시 전류량의 증가에 따라 더 많은 열을 수반하게 되며, 이때 발생한 열이 충분히 제거되지 않는 경우, 배터리의 성능이 저하되거나, 나아가 발화 또는 폭발에 이르기도 한다.
대한민국 공개번호 제10-2016-0024187호 공개특허공보 도 2에 도면부호 100으로 도시한 바와 같이 배터리모듈(400)의 일측으로 배터리용 냉각장치(100)가 구비된다. 종래의 배터리용 냉각장치(100)는 전지셀에 과열하여 폭발하거나 폭발할 때 발생하는 화재를 소화시키는 작용을 할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 전지셀의 폭발에 의한 화재로 차량이 전소되는 경우가 종종 발생하였다.
대한민국 공개번호 제10-2016-0024187호 공개특허공보
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전지셀 폭발시 파손되어 냉각수가 배출될 수 있는 배터리용 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 제1케이스부재와, 제2케이스부재와, 상기 제1케이스부재와 제2케이스부재 사이에 위치하여 제1케이스부재와 제2케이스부재에 결합되는 중간부재를 포함하며;
상기 제1케이스부재와 중간부재 사이에 냉각 유체가 유동하는 유로가 형성되고, 상기 제2케이스부재에는 복수의 통공이 형성되어 상기 중간부재는 통공을 통하여 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치를 제공한다.
상기에서, 중간부재의 두께는 제1케이스부재와 제2케이스부재의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
상기에서, 중간부재를 이루는 재질의 강성은 제1케이스부재와 제2케이스부재를 이루는 재질의 강성보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1케이스부재는 중간부재와 반대 방향으로 가압되어 돌출된 돌출부를 구비하며; 상기 유로는 제1케이스부재의 돌출부와 중간부재 사이에서 형성되며; 상기 통공은 돌출부가 구비된 위치에 형성되어, 통공을 통하여 노출된 중간부재가 파손되면 통공은 유로로 연통되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1케이스부재는 제1케이스본체와, 상기 제1케이스본체의 일면에 적층되어 구비된 제1결합부를 포함하고; 상기 제2케이스부재는 제2케이스본체와, 상기 제2케이스본체의 일면에 적층되어 구비된 제2결합부를 포함하고;
상기 제1결합부와 제2결합부가 마주하고, 상기 중간부재가 양측의 제1결합부와 제2결합부 사이에 위치한 상태에서 가열 냉각되어 제1결합부와 제2결합부가 용융 응고되면서 상기 중간부재는 양측의 제1케이스부재와 제2케이스부재에 접합되어 구비된 것을 특징으로 한다.
상기에서, 가열시 상기 중간부재의 통공으로 노출된 노출 부분에는 중력에 의한 처짐이 발생하고, 노출 부분의 가장자리를 따라 상하로 제1결합부와 제2결합부가 용융하면서 응고된 필렛부가 형성되어 상기 노출 부분에 장력이 작용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 배터리용 냉각장치는 전지셀 폭발시 파손되어 냉각수가 배출됨으로써 전지셀이 폭발할 때 발생하는 화재를 소화시키며, 그로 인해 차량의 전소를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 배터리용 냉각장치를 도시한 분해 사시도이며,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 도 2의 "A"부의 확대도로서 블레이징 전 상태를 도시한 것이며,
도 4는 도 2의 "A"부의 확대도로서 블레이징 후 상태를 도시한 것이며,
도 5는 포트가 결합되는 부분과 포트의 확대 분해 사시도이며,
도 6은 포트가 결합되는 부분과 포트의 확대 분해 사시도로서 변형 예를 도시한 것이다.
본 발명의 설명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명의 설명에 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명의 설명에 사용되는 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명의 설명에 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 발명의 배경이 되는 기술에서 자동차용 배터리에 사용되는 배터리용 냉각장치를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명에 따르는 배터리용 냉각장치는 자동차에 사용되는 것으로 한정되는 것은 아니다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 배터리용 냉각장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 배터리용 냉각장치를 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 "A"부의 확대도로서 블레이징 전 상태를 도시한 것이며, 도 4는 도 2의 "A"부의 확대도로서 블레이징 후 상태를 도시한 것이며, 도 5는 포트가 결합되는 부분과 포트의 확대 분해 사시도이며, 도 6은 포트가 결합되는 부분과 포트의 확대 분해 사시도로서 변형 예를 도시한 것이다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 설명에서 도 2의 가로 방향을 "폭 방향"으로, 세로 방향을 "상하 방향"으로, 지면에 수직인 방향을 "길이 방향"으로 설명한다.
본 발명에 따르는 배터리용 냉각장치(100)는 판상으로 구비된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리용 냉각장치(100)는 판상인 제1케이스부재(110)와, 판상인 제2케이스부재(130)와, 상기 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130) 사이에 위치하는 판상인 중간부재(120)와, 포트부재(140)를 포함하여 이루어진다. 상기 배터리용 냉각장치(100)는 상기 제1케이스부재(110)의 하부로 중간부재(120)와 제2케이스부재(130)가 차례로 적층 구비된다.
상기 제1케이스부재(110)는 판상으로 형성된다. 상기 제1케이스부재(110)는 일측으로 가압되어 유로(101)를 형성하는 돌출부(111)가 형성된다. 상기 돌출부(111)는 상향 가압되어 형성된다. 상기 돌출부(111)는 상기 중간부재(120)와 반대 방향으로 가압되어 상향 볼록하게 돌출 형성된다. 상기 돌출부(111)는 길이 방향으로 연장되며 폭 방향으로 이격 구비된다. 상기 돌출부(111)의 길이 방향 단부는 이웃하는 돌출부(111)와 연통되어 구비될 수 있다. 상기 돌출부(111)는 지그재그 형태와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상기 유로(101)는 상기 돌출부(111)와 중간부재(120) 사이에서 형성되어, 상기 유로(101)를 통해 제1케이스부재(110)와 중간부재(120) 사이에서 냉각 유체가 유동한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1케이스부재(110)는 제1케이스본체(110-1)와 제1결합부(110-3)가 상하 적층되어 구비된다. 상기 제1결합부(110-3)는 상기 제1케이스본체(110-1)의 일면에 적층되어 구비된다. 상기 제1결합부(110-3)는 상기 제1케이스본체(110-1)의 하면에 적층되며, 상기 중간부재(120)와 제1케이스본체(110-1) 사이에 구비된다. 상기 제1결합부(110-3)는 클래드(Clad)층으로 이루어지며, 상기 제1케이스본체(110-1)에 돌출부(111)를 형성한 후 오목부 쪽에 클래드(Clad) 층이 적층된다. 상기 클래드(Clad)층을 이루는 상기 제1결합부(110-3)의 녹는점은 제1케이스본체(110-1)의 녹는점보다 낮다.
상기 제1케이스본체(110-1)는 40계열 알루미늄(예; 4032) 또는 50계열 알루미늄(예; 5005, 5052)으로 제조될 수 있고, 상기 제1결합부(110-3)는 Al Clad 3003으로 이루어질 수 있다.
상기 제2케이스부재(130)는 판상으로 형성된다. 상기 제2케이스부재(130)에는 상기 돌출부(111)가 형성된 위치에 상하 관통된 복수의 통공(131)이 형성된다. 상기 복수의 통공(131)은 상기 돌출부(111)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성된다.
도 3과 같이, 상기 제2케이스부재(130)는 제2케이스본체(130-1)와 제2결합부(130-3)가 상하 적층되어 구비된다. 상기 제2결합부(130-3)는 상기 제2케이스본체(130-1)의 일면에 적층되어 구비된다. 상기 제2결합부(130-3)는 상기 제2케이스본체(130-1)의 상면에 적층 구비되며, 상기 중간부재(120)와 제2케이스본체(130-1) 사이에 구비된다. 상기 제2결합부(130-3)는 클래드(Clad)층으로 이루어지며, 상기 제2케이스본체(130-1)에 복수의 통공(131)을 형성한 후 상기 제1케이스부재(110)를 향하는 쪽에 클래드(Clad) 층이 적층된다. 상기 클래드(Clad)층을 이루는 상기 제2결합부(130-3)의 녹는점은 제2케이스본체(130-1)의 녹는점보다 낮다.
상기 제2케이스본체(130-1)는 40계열 알루미늄(예; 4032) 또는 50계열 알루미늄(예; 5005, 5052)으로 제조될 수 있고, 상기 제2결합부(130-3)는 Al Clad 3003으로 이루어질 수 있다.
상기 중간부재(120)는 판상으로 형성된다. 상기 중간부재(120)는 상기 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130) 사이에 위치하여 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)에 결합된다. 상기 중간부재(120)는 상기 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3) 사이에 위치하여 제1결합부(110-3) 및 제2결합부(130-3)와 결합된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130) 및 중간부재(120)는 상기 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 마주하고, 상기 중간부재(120)가 상하 양측의 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3) 사이에 위치한 상태에서 가열 냉각되어 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 용융 응고되면서 상기 중간부재(120)는 양측의 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)에 접합된다.
상기 중간부재(120)는 상기 제1케이스본체(110-1) 및 제2케이스본체(130-1) 보다 강성이 작은 30계열 알루미늄(예; 3003, 3004)으로 제조될 수 있다.
상기 중간부재(120)는 상기 제2케이스부재(130)에 통공(131)이 형성되어 상기 통공(131)을 통하여 노출된다. 가열시 클래드(Clad)층인 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)는 녹는점이 낮아 용융되며, 상기 중간부재(120)는 통공(131)으로 노출된 노출 부분(120-1)에 중력에 의한 처짐이 발생한다. 가열 후 다시 냉각하면 상기 노출 부분(120-1)의 가장자리를 따라 상하로 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 용융하면서 응고된 필렛부(103, 105)가 형성되어 상기 노출 부분(120-1)에 장력이 작용하며 노출 부분(120-1)이 팽팽하게 당겨진다.
상기 배터리용 냉각장치(100)의 중간부재(120)는 두께가 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)의 두께보다 얇게 구비된다. 상기 중간부재(120)의 두께는 제1케이스부재(110)의 제1케이스본체(110-1) 및 제2케이스부재(130)의 제2케이스본체(130-1) 두께보다 얇다. 예를 들어, 상기 제1케이스본체(110-1)와 제2케이스본체(130-1)의 두께는 1.5㎜로 형성되고, 중간부재(120)의 두께는 1㎜로 형성될 수 있다.
또한, 상기 중간부재(120)를 이루는 재질의 강성은 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)를 이루는 재질의 강성보다 작다. 상기 중간부재(120)의 재질은 제1케이스부재(110)의 제1케이스본체(110-1) 및 제2케이스부재(130)의 제2케이스본체(130-1)를 이루는 재질보다 강성이 작은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1케이스본체(110-1)와 제2케이스본체(130-1)를 이루는 재질은 40계열 알루미늄(예; 4032) 또는 50계열 알루미늄(예; 5005, 5052)으로 제조될 수 있고, 중간부재(120)를 이루는 재질은 30계열 알루미늄(예; 3003, 3004)으로 제조될 수 있다.
상기 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)가 중간부재(120)보다 두께가 두껍고 강성이 크게 구비됨으로써, 상하 방향 양쪽에서 강성이 큰 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)가 중간부재(120)를 보호한다.
상기 제2케이스부재(130)의 통공(131)은 돌출부(111)가 구비된 즉, 유로(101)가 형성된 위치에 형성되어, 통공(131)을 통하여 노출된 중간부재(120)의 노출 부분(120-1)이 전지셀의 폭발에 의한 충격 및 화재 등에 의해 파손되면 통공(131)은 유로(101)로 연통하게 된다. 상기 통공(131)을 통하여 중간부재(120)로 폭발 압력이 전달되어 중간부재(120)가 파손되고, 내부 유로(101)를 통하여 흐르는 냉각유체가 전지셀로 흐르게 되어 화재 소화 작용을 하게 된다.
상기 포트부재(140)는 상기 제1케이스부재(110)에 형성된 유로(101)와 연통되도록 결합되어 구비된다. 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 포트부재(140)는 길이 방향 일측 단부에 결합될 수도 있다.
도 5에 확대 도시된 바와 같이, 상기 제1케이스부재(110)에는 길이 방향 일측 단부에 상향 볼록한 제1포트결합부(113)가 형성되고, 상기 제2케이스부재(130)에는 상기 제1포트결합부(113)가 형성된 위치에 하향 볼록한 제2포트결합부(133)가 형성되며, 상기 중간부재(120)에는 상기 제1포트결합부(113)와 제2포트결합부(133)가 형성된 위치에 상하 개구되며 오목한 포트결합홈(123)이 형성된다. 상기 제1포트결합부(113)에는 제1결합부(110-3)가 적층되고, 상기 제2포트결합부(133)에는 제2결합부(130-3)가 적층된다.
상기 제1케이스부재(110), 제2케이스부재(130), 중간부재(120)가 적층된 상태에서 원통형의 양단이 개구된 중공체인 포트부재(140)를 삽입하고 가열 냉각하면 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 용융 응고되어 포트부재(140)가 결합되며 포트로 형성된다. 포트는 냉각수가 유로로 들어오는 통로인 입력포트와, 유로의 냉각수가 나가는 통로인 출력포트가 각각 구비된다. 상기 입력포트와 출력포트는 서로 이격되어 구비된다.
상기 포트부재(140)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(111)에 유로(101)로 연통하는 포트공(115)이 형성되고, 포트부재(140)가 포트공(115)에 삽입되어 결합 구비될 수 있다. 이때 상기 포트부재(140)에는 외면에 클래드(Clad)층이 형성되고, 포트공(115)에 포트부재(140)가 삽입되고 가열 냉각되어 포트부재(140)의 클래드(Clad)층이 용융 응고되어 포트부재(140)가 결합될 수 있다.
100: 배터리용 냉각장치
110: 제1케이스부재 120: 중간부재
130: 제2케이스부재 140: 포트부재

Claims (7)

  1. 제1케이스부재(110)와, 제2케이스부재(130)와, 상기 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130) 사이에 위치하여 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)에 결합되는 중간부재(120)를 포함하며;
    상기 제1케이스부재(110)와 중간부재(120) 사이에 냉각 유체가 유동하는 유로(101)가 형성되고, 상기 제2케이스부재(130)에는 복수의 통공(131)이 형성되어 상기 중간부재(120)는 통공을 통하여 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  2. 제1 항에 있어서, 상기 중간부재(120)의 두께는 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  3. 제1 항에 있어서, 상기 중간부재(120)를 이루는 재질의 강성은 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)를 이루는 재질의 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  4. 제2 항에 있어서, 상기 중간부재(120)를 이루는 재질의 강성은 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)를 이루는 재질의 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제1케이스부재(110)는 중간부재(120)와 반대 방향으로 가압되어 돌출된 돌출부(111)를 구비하며; 상기 유로(101)는 제1케이스부재(110)의 돌출부(111)와 중간부재(120) 사이에서 형성되며; 상기 통공(131)은 돌출부(111)가 구비된 위치에 형성되어, 통공(131)을 통하여 노출된 중간부재(120)가 파손되면 통공(131)은 유로(101)로 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1케이스부재(110)는 제1케이스본체(110-1)와, 상기 제1케이스본체(110-1)의 일면에 적층되어 구비된 제1결합부(110-3)를 포함하고; 상기 제2케이스부재(130)는 제2케이스본체(130-1)와, 상기 제2케이스본체(130-1)의 일면에 적층되어 구비된 제2결합부(130-3)를 포함하고;
    상기 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 마주하고, 상기 중간부재(120)가 양측의 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3) 사이에 위치한 상태에서 가열 냉각되어 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 용융 응고되면서 상기 중간부재(120)는 양측의 제1케이스부재(110)와 제2케이스부재(130)에 접합되어 구비된 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
  7. 제5 항에 있어서, 가열시 상기 중간부재(120)의 통공으로 노출된 노출 부분(120-1)에는 중력에 의한 처짐이 발생하고, 노출 부분(120-1)의 가장자리를 따라 상하로 제1결합부(110-3)와 제2결합부(130-3)가 용융하면서 응고된 필렛부(103, 105)가 형성되어 상기 노출 부분(120-1)에 장력이 작용하는 것을 특징으로 하는 배터리용 냉각장치(100).
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