KR102655349B1 - 냉각장치를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 내부에 설치되는 냉각장치의 수량을 최소화하여 부품수의 절감과 동시에 배터리 팩과 배터리 모듈들의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 냉각장치를 구비한 배터리 팩에 관한 것으로, 이는 복수의 수납부가 구획된 프레임; 상기 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀을 구비한 복수의 배터리 모듈; 및 상기 프레임에 설치되어 복수의 배터리 모듈 전체를 제1 측면과 제2 측면에서 차폐시키는 제1 냉각판과 제2 냉각판, 상기 제1 냉각판과 상기 제2 냉각판에 공용으로 연결되는 냉매 유입관 및 냉매 유출관을 포함한 냉각장치를 포함한다.

Description

냉각장치를 구비한 배터리 팩 {Battery pack having cooling device}
본 발명은 냉각장치를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 예컨대, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지는 출력이 좋아, 복수개를 직렬로 연결하여 전기자동차의 모터 구동에 사용된다.
전기자동차 등에 적용되는 배터리 모듈은 고출력 및 대용량의 필요성으로 인해 복수의 셀을 전기적으로 연결하여 모듈화시킨 것이며, 고전력을 얻기 위하여 이러한 배터리 모듈 또한 복수로 배열되어 하나의 배터리 팩을 이루게 된다. 배터리 팩의 크기와 중량은 기술의 발전에 따라 점차 소형 및 경량화되어 가고 있다
배터리 팩은, 케이스 내에 복수의 셀을 수납하고 이를 전기적으로 연결한 구성을 가진다. 특히, 셀에서 전력을 발생시킬 때 전기화학적 반응에 따른 열이 발생하게 되며, 이 열이 셀에 그대로 남아있을 경우 셀의 온도를 증가시켜 셀의 작동 조건을 나쁘게 하며 전력 발생의 효율이 불량해질 우려가 있다. 더욱이, 복수의 셀로 이루어지는 대형 배터리 팩으로 갈수록 이러한 발열 문제가 중요한 고려 요소가 되며, 이에 따라 발열 문제를 해결하기 위한 냉각장치가 구비되는 경우가 일반적이다.
냉각장치의 일예로 대한민국 공개특허공보 2010-0041452호에서는, 복수의 셀 또는 복수의 배터리 모듈이 전기적으로 상호 연결되면서 측방으로 상호 인접하게 배열되고, 액상 냉매의 유동을 위한 냉매 도관을 포함하는 냉각부재가 셀 또는 배터리 모듈의 측방 외면에 장착되어 있는 예가 제안되어 있다.
이러한 냉각부재는, 셀과 셀 사이에 또는 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이에 위치되어야 하기 때문에 셀의 적층 방향으로 많은 공간이 필요하게 되는데, 이는 정해진 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 공간 내에 모든 부품이 구비되어야 하므로 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 용량을 저하시키고 내부 공간의 활용성을 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 더구나 복수의 냉각부재를 필요로 해서 부품수를 증대시키고 이에 따른 비용이 과도하게 소요되는 문제가 있다.
이에 본 발명은, 배터리 팩의 내부에 설치되는 냉각장치의 수량을 최소화하여 부품수의 절감과 동시에 배터리 팩과 배터리 모듈들의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 냉각장치를 구비한 배터리 팩을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 수납부가 구획된 프레임; 상기 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀을 구비한 복수의 배터리 모듈; 및 상기 프레임에 설치되어 복수의 배터리 모듈 전체를 제1 측면과 제2 측면에서 차폐시키는 제1 냉각판과 제2 냉각판, 상기 제1 냉각판과 상기 제2 냉각판에 공용으로 연결되는 냉매 유입관과 냉매 유출관을 포함한 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 각각 복수의 수납부가 구획된 복수의 프레임; 각 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀을 구비한 복수의 배터리 모듈; 및 상기 복수의 프레임 중 어느 하나의 프레임에 설치되는 제1 냉각판, 상기 복수의 프레임 중 다른 하나의 프레임에 설치되는 제2 냉각판, 상기 어느 하나의 프레임과 상기 다른 하나의 프레임의 사이에 설치되는 중간 냉각판, 상기 제1 냉각판과 상기 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제1 냉매 유입관과 제1 냉매 유출관, 및 상기 제2 냉각판과 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제2 냉매 유입관과 제2 냉매 유출관을 포함한 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 배터리 모듈을 기준으로 예컨대 상부와 하부를 모두 냉각할 수 있어, 배터리 팩과 배터리 모듈들의 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또, 냉매의 온도가 상승되더라도 동일한 냉각 성능을 유지할 수 있어, 배터리 모듈 간 온도 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 각 배터리 모듈의 냉각판과 배터리 팩의 커버를 공용으로 사용할 수 있게 되어, 배터리 팩 또는 배터리 모듈 내 공간 활용성을 높이고 부품수를 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 용량을 저하시키지 않고서도 배터리 팩과 배터리 모듈들의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1 중 냉각판을 제거한 채로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 4는 도 3의 B부분을 확대한 도면이다.
도 5는 배터리 모듈의 일측면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 배터리 팩에서, 중간 냉각판과 이에 연계된 복수의 냉매 유입관 및 복수의 냉매 유출관을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1 중 냉각판을 제거한 채로 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 A-A'선 단면도이며, 도 4는 도 3의 B부분을 확대한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 수납부(11)가 구획된 프레임(10); 이 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀(21; 도 5 참조)을 구비한 복수의 배터리 모듈(20); 및 프레임에 설치되어 복수의 배터리 모듈 전체를 제1 측면과 제2 측면에서 차폐시키는 제1 냉각판(31)과 제2 냉각판(32), 이들 냉각판에 공용으로 연결되는 냉매 유입관(41)과 냉매 유출관(42)을 포함한 냉각장치(30)를 포함하고 있다.
프레임(10)에는 예컨대 격자형으로 배열된 복수의 수납부(11)가 구획되도록 적어도 하나의 가로대(12; 도 3 참조)와 복수의 세로대(13)를 구비할 수 있다. 이들 가로대와 세로대는 각각 금속 등과 같은 견고한 재질로 만들어져 견고한 프레임을 구성할 수 있다. 도면들에는 하나의 가로대와 복수의 세로대를 구비한 프레임이 예시되어 있다.
또한, 프레임(10)에는 배터리 팩의 측벽을 구성하는 복수의 차폐부재(14)가 연결될 수 있다. 이들 차폐부재는 배터리 모듈(20)이 프레임의 수납부(11) 내에 장착된 후 볼팅에 의해 프레임에 고정될 수 있다.
배터리 모듈(20)은, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 플레이트(22); 한 쌍의 플레이트를 연결하는 복수의 측벽부재(23); 및 한 쌍의 플레이트 사이에 상호 접하여 배열 또는 적층되고, 전기적으로 상호 연결된 복수의 셀(21)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 플레이트(22)와 복수의 측벽부재(23)는 예컨대 알루미늄 등과 같이 열전도성이 우수한 금속 재질로 만들어질 수 있다. 복수의 측벽부재(23)는 배터리 셀(21)을 사이에 두고 배터리 셀(21)의 적층 방향(예컨대 도 5에서 X축 방향)양측에 배치되어 서로 마주하는 한 쌍의 제1 측벽부재를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제1 측벽부재는, 이들 측벽부재 사이에 배열된 복수의 셀(21)을 압착한 상태에서 각 측벽부재의 양단이 한 쌍의 플레이트의 양측 선단에 각각 용접됨으로써, 한 쌍의 플레이트(22)에 연결 및 고정될 수 있다. 또한, 복수의 측벽부재(23)는 배터리 셀(21)을 사이에 두고 배터리 셀(21)의 적측 방향(예컨대 도 5에서 Y축 방향)양측에 배치되어 서로 마주하는 한 쌍의 제2 측벽부재를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제2 측벽부재가 한 쌍의 플레이트(22)의 나머지 양측 선단에 각각 연결 및 고정됨으로써 하나의 배터리 모듈(20)이 구성될 수 있다.
배터리 셀(21)의 양측(예컨대 도 5에서 Y축 방향)에 배치되는 한 쌍의 제2 측벽부재 중 일측 측벽부재에는 배터리 모듈(20)의 음극 단자 및 양극 단자로서 작용하는 한 쌍의 단자 탭(24; 도 3 참조)이 연장되어 형성될 수 있다. 각 배터리 모듈(20)의 단자 탭은 각 배터리 모듈 내 해당 복수의 셀(21)과 전기적으로 연결됨과 동시에, 이웃한 배터리 모듈의 단자 탭에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(20)이 프레임(10)에 적어도 1열로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 모듈은 2열 또는 그 이상으로 배열되어도 된다. 2열 이상으로 배열될 때에도, 복수의 배터리 모듈은 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
추가로, 각 배터리 모듈(20)에서 한 쌍의 플레이트(22)의 외면에는 열전도를 위한 패드(25; 도 5 참조)가 각각 부착될 수 있다. 이러한 패드는 예컨대 실리콘 등의 재질로 형성될 수 있다. 이들 패드는, 각각 복수의 셀(21)로부터 발생하여 양측 플레이트로 전달된 열을 후술하는 냉각판(31, 32)으로 전도에 의해 전달하여, 플레이트(22)와 냉각판(31, 32) 사이에 양호한 열적 접촉이 이루어지게 한다.
냉각장치(30)는 전술한 바와 같이 복수의 냉각판(31, 32)과, 이들 냉각판에 공용으로 연결되는 냉매 유입관(41) 및 냉매 유출관(42)을 포함하고 있다.
제1 냉각판(31)과 제2 냉각판(32)은 복수의 배터리 모듈(20)이 프레임(10)의 수납부(11)에 수납된 후 프레임의 제1 측면 또는 제2 측면에 설치되어, 냉각장치(30)를 구성함과 더불어 배터리 팩을 위한 일종의 커버로 작용할 수 있다.
각 냉각판(31, 32)은 복수의 차폐부재(14)가 프레임(10)에 장착되고 나서, 볼팅에 의해 프레임 및 차폐부재에 고정될 수 있다.
이러한 냉각판(31, 32)은 예를 들어 알루미늄, 구리, 마그네슘 등과 같이 열전도성이 우수한 금속 재질로 만들어질 수 있다.
각 냉각판(31, 32)의 일측면에는 한 쌍의 냉매 입구(33)와 하나의 냉매 출구(34)가 구비될 수 있다. 또한, 각 냉각판의 내부는 중공으로 형성되고서 복수의 격벽(35)에 의해 냉매가 흐르는 복수의 유로부(36)가 구획될 수 있다. 한 쌍의 냉매 입구와 하나의 냉매 출구는 중공인 냉각판의 내부와 연통되며, 유로부는 각 냉매 입구로부터 공통의 냉매 출구로 연장되어 있다.
제1 냉각판(31)과 제2 냉각판(32)이 동일한 형상으로 형성되고서 프레임(10)의 제1 측면 또는 제2 측면, 예를 들면 프레임의 상면 또는 하면에 대칭되게 설치될 수 있으므로, 이하에서는 설명의 편의상 프레임의 상면에 위치된 제1 냉각판에 대해서만 설명하기로 한다. 제2 냉각판은 이하의 설명 내용에서 상하가 바뀐 것으로 이해될 수 있다.
제1 냉각판(31)의 일측면, 즉 프레임(10)의 상면에 배치된 경우에는 바닥면에 냉매 입구(33)가 형성되어, 냉매가 제1 냉각판의 바닥면에 대해 거의 수직으로 유입될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 냉매 입구는 예를 들면 배터리 팩 또는 제1 냉각판의 폭방향(Y방향) 중앙에 일정 간격을 두고 길이방향(X방향)을 따라 배열되는 것이 좋다.
또한, 제1 냉각판(31)의 일측면, 즉 프레임(10)의 상면에 배치된 경우에는 바닥면에서 냉매 입구(33)들 사이에 냉매 출구(34)가 형성되어, 냉매가 제1 냉각판의 바닥면에 대해 거의 수직으로 유출될 수 있다. 냉매 출구와 어느 한쪽 냉매 입구 사이의 간격과, 냉매 출구와 다른 한쪽 냉매 입구 사이의 간격은 동일할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
유로부(36)는, 냉매가 제1 냉각판(31)의 폭방향 중앙에 있는 냉매 입구(33)로부터 폭방향의 양측방으로, 그리고 길이방향의 양측방으로 향해 분기되어 흐르도록 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 유로부에 의해, 제1 냉각판의 전체 영역이 대칭되게 4분할되어, 4분할된 각 영역에는 동일한 유량이 흐를 수 있게 된다. 이와 같이, 동일한 유량의 냉매가 4분할된 각 영역에서 유동할 수 있게 됨에 따라, 영역 간의 온도편차를 최소화하고 각 영역에 걸쳐 동일한 냉각 성능이 발휘될 수 있다.
바람직하기로, 유로부(36)는 전술한 바와 같이 제1 냉각판(31)의 중앙을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 냉매 입구(33) 및 냉매 출구(34)의 위치를 냉각판의 폭방향 일측으로 편심시키거나, 냉매 출구와 어느 한쪽 냉매 입구 사이의 간격을 변경시킴으로써, 복수의 유로부가 서로 비대칭으로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 각 유로부 내에서 흐르는 냉매의 유량을 바꿀 수 있다.
복수의 격벽(35)이 각 냉매 입구(33)로부터 양측으로 예컨대 대칭되게 형성되어, 분기된 냉매가 대칭되게 분할된 해당 영역을 통과한 후 공통의 냉매 출구(34)에 도달하도록 유로부(36)를 구획할 수 있다. 전체적으로 보면, 폭방향(Y방향)의 양측방으로, 그리고 길이방향(X방향)의 양측방으로 분기되어 흐른 냉매는 합류하여 중앙에 공통으로 배치된 냉매 출구(34)에서 배출될 수 있다.
한편, 유로부(36)의 단면적은 냉매 입구(33)부터 냉매 출구(34)까지 일정하게 유지될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 유로부에서 내부 공간의 높이를 달리하거나 격벽(35)의 두께를 달리함으로써, 냉매 입구에 인접한 제1 유로부(37)의 단면적보다 냉매 출구에 인접한 제2 유로부(38)의 단면적이 작게 형성될 수 있다.
이와 같이, 냉매 입구(33)에 인접한 제1 유로부(37)보다 냉매 출구(34)에 인접한 제2 유로부(38)를 좁게 형성하게 되면, 제2 유로부 내 냉매의 유속이 제1 유로부 내 냉매의 유속보다 증대될 수 있다. 따라서, 하류로 갈수록 좁아진 유로부의 단면적에 의하여 유속이 증가됨으로써, 냉매의 온도가 상승하게 되더라도 동일한 냉각 성능을 유지할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 냉매 입구(33)에 인접한 제1 유로부(37)와 냉매 출구(34)에 인접한 제2 유로부(38)를 포함한 유로부(36) 중에서 냉매의 온도는 냉매 입구 부근이 가장 낮다. 냉매는, 충방전에 의해 발열하고 있는 복수의 셀(21)로부터 플레이트(22)와 패드(25)를 통해 제1 냉각판(31)의 바닥면으로 전달된 열을 흡수하면서 냉매 출구(34)를 향하여 흘러 가고 서서히 온도가 상승하게 된다.
이때 냉매에 흡열되는 열전달량은 아래의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[식 1]
Q = c×F×dT
여기서, Q는 열전달량(kcal/hr)이고, c는 비열(cal/g·℃)이며, F는 질량유량(kg/hr)이고, dT는 온도차(℃)이다. 비열(c)은 일정 상수이고, 냉매의 온도가 상승할수록 온도차(dT)는 줄어든다. 하류에서 냉매의 온도가 상승함에 따라 상류와 동일한 냉각 성능을 유지하기 위하여, 즉 동일한 Q 값을 유지하기 위하여, 결국 질량유량(F)을 증대시켜야 한다.
제1 냉각판(31)에서 냉매 입구(33)에 인접한 제1 유로부(37)의 단면적보다 냉매 출구(34)에 인접한 제2 유로부(38)의 단면적을 좁게 형성함으로써, 제2 유로부의 냉매의 유속을 제1 유로부의 냉매의 유속보다 빠르게 할 수 있다. 이와 같이 냉매의 유속을 빠르게 하면, 복수의 셀(21)로부터 냉매로의 열전달율이 향상되게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서는 각 냉각판(31, 32)이 복수의 셀(21)의 고온 부분을 저온의 냉매로 보다 효율적으로 냉각할 수 있기 때문에, 복수의 배터리 모듈(20)뿐 아니라 배터리 팩 전체를 효율적으로 냉각할 수 있게 되는 것이다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 셀(21)의 양단에 각각 인접하여 제1 냉각판(31)과 제2 냉각판(32)이 배치되어 있으므로 복수의 셀(21) 및 복수의 배터리 모듈(20)을 양측에서 동시에 냉각할 수 있어, 셀 및 모듈 간 온도 편차를 최소화할 수 있는 장점이 있게 된다.
냉매 유입관(41) 및 냉매 유출관(42)은 제1 냉각판(31) 및 제2 냉각판(32)에 각각 공용으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 모듈(20)이 2열로 배열된 경우에는 이들 열 사이에 냉매 유입관 및 냉매 유출관이 배치될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 이들 냉매 유입관 및 냉매 유출관은 프레임(10)의 가로대(12) 또는 세로대(13)에 의해 지지될 수 있다.
냉매 유입관(41)으로부터 두 쌍의 유입 연결관(43)이 상하로 연장하여, 각각 제1 냉각판(31)에 있는 한 쌍의 냉매 입구(33) 및 제2 냉각판(32)에 있는 한 쌍의 냉매 입구(33)와 연통될 수 있다.
마찬가지로, 냉매 유출관(42)으로부터 한 쌍의 유출 연결관(44)이 상하로 연장하여, 각각 제1 냉각판(31)에 있는 냉매 출구(34) 및 제2 냉각판(32)에 있는 냉매 출구(34)와 연통될 수 있다.
냉매로는 예컨대 물 등과 같은 액체 냉매가 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며 기체 냉매가 사용가능함은 물론이다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 의하면, 공용으로 사용되는 냉매 유입관(41) 및 냉매 유출관(42)을 통해 배터리 모듈(20)의 양측으로 배치된 제1 냉각판(31) 및 제2 냉각판(32)으로 냉매를 동시에 공급하여 냉각시킬 수 있기 때문에, 배터릭 팩과 배터리 모듈들의 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있게 됨과 더불어, 배터리 팩 또는 배터리 모듈 내 공간 활용성을 높이고 부품수를 절감할 수 있게 된다.
더욱이, 각 냉각판(31, 32)에서 냉매 입구(33)에 인접한 제1 유로부(37)의 유속보다 냉매 출구(34)에 인접한 제2 유로부(38)의 유속을 빠르게 함으로써, 냉매의 온도가 상승되더라도 동일한 냉각 성능을 유지하고 효과적으로 냉각판의 표면 온도를 균일하게 할 수 있으므로, 냉각판과 열적으로 접촉하고 있는 복수의 셀(21)의 온도를 균일하게 냉각하는 것이 가능하게 된다.
궁극적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 의하면, 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 용량을 저하시키지 않고서도, 충방전에 의한 각 셀에서의 온도 상승의 감소 및 냉각의 균일화를 촉진하고, 배터리 팩과 배터리 모듈들의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 배터리 팩에서, 중간 냉각판과 이에 연계된 복수의 냉매 유입관 및 복수의 냉매 유출관을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 적층된 형태 및 중간 냉각판(39)의 구성만 제외하고, 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 5를 참조로 하여 전술한 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명함에 있어, 이전 실시예에 의한 배터리 팩과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 각각 복수의 수납부(11)가 구획된 복수의 프레임(10); 각 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀(21)을 구비한 복수의 배터리 모듈(20); 및 복수의 프레임 중 어느 하나의 프레임에 설치되는 제1 냉각판(31), 복수의 프레임 중 다른 하나의 프레임에 설치되는 제2 냉각판(32), 어느 하나의 프레임과 다른 하나의 프레임의 사이에 설치되는 중간 냉각판(39), 제1 냉각판과 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제1 냉매 유입관(41a)과 제1 냉매 유출관(42a), 및 제2 냉각판과 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제2 냉매 유입관(41b)과 제2 냉매 유출관(42b)을 포함한 냉각장치(30)를 포함하고 있다.
2개의 배터리 팩이 측방으로 접하여 배열되거나 상하로 적층될 수 있다. 이 경우에, 배터리 팩들 사이에는 공용의 중간 냉각판(39)이 채용될 수 있다. 이 중간 냉각판의 일측면에는 한 쌍의 냉매 입구(33)가 구비될 수 있고, 타측면에는 하나의 냉매 출구(34)가 구비될 수 있다. 물론, 중간 냉각판의 내부에는 복수의 격벽(35)에 의해 냉매가 흐르는 유로부(36)가 형성될 수 있다.
이러한 중간 냉각판(39)에 냉매를 공급하고 순환시켜 배출하기 위해, 제2 냉매 유입관(41b)으로부터 두 쌍의 유입 연결관(43)이 양측으로 연장하여, 각각 중간 냉각판에 있는 한 쌍의 냉매 입구(33) 및 제2 냉각판(32)에 있는 한 쌍의 냉매 입구(33)와 연통될 수 있다.
제1 냉매 유입관(41a)으로부터 두 개의 유입 연결관(43)이 일측으로 연장하여, 제1 냉각판(31)에 있는 한 쌍의 냉매 입구(33)와 각각 연통될 수 있다.
이때, 제1 냉매 유입관(41a) 및 제2 냉매 유입관(41b)에 공급되는 냉매의 유량은 동일하게 유지되어야 한다.
또한, 제1 냉매 유출관(42a)으로부터 한 쌍의 유출 연결관(44)이 양측으로 연장하여, 각각 제1 냉각판(31)에 있는 냉매 출구(34) 및 중간 냉각판(39)에 있는 냉매 출구(34)와 연통될 수 있다.
제2 냉매 유출관(42b)으로부터 하나의 유출 연결관(44)이 일측으로 연장하여, 제2 냉각판(32)에 있는 냉매 출구(34)와 연통될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서는 배열 또는 적층된 배터리 팩들 사이에 배치되는 중간 냉각판을 공용의 냉각판으로 사용할 수 있게 된다. 이로써, 양쪽 배터리 팩 내의 배터리 모듈 간 온도 편차를 최소화할 수 있으면서, 각 배터리 팩 내 공간 활용성을 더욱 높이고 부품수를 절감할 수 있는 효과를 얻게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 프레임 20: 배터리 모듈
21: 셀 25: 패드
30: 냉각장치 31: 제1 냉각판
32: 제2 냉각판 33: 냉매 입구
34: 냉매 출구 35: 격벽
36: 유로부 39: 중간 냉각판
41: 냉매 유입관 42: 냉매 유출관
43: 유입 연결관 44: 유출 연결관

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  12. 각각 복수의 수납부가 구획된 복수의 프레임;
    각 프레임의 수납부에 장착되고, 각각 복수의 셀을 구비한 복수의 배터리 모듈; 및
    상기 복수의 프레임 중 어느 하나의 프레임에 설치되는 제1 냉각판, 상기 복수의 프레임 중 다른 하나의 프레임에 설치되는 제2 냉각판, 상기 어느 하나의 프레임과 상기 다른 하나의 프레임의 사이에 설치되는 중간 냉각판, 상기 제1 냉각판과 상기 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제1 냉매 유입관과 제1 냉매 유출관, 및 상기 제2 냉각판과 중간 냉각판에 공용으로 연결되는 제2 냉매 유입관과 제2 냉매 유출관을 포함한 냉각장치
    를 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 냉각판과 상기 제2 냉각판의 일측면에는 한 쌍의 냉매 입구와 하나의 냉매 출구가 구비되고,
    상기 중간 냉각판의 일측면에는 한 쌍의 냉매 입구가 구비되며 타측면에는 하나의 냉매 출구가 구비되고,
    상기 제1 냉각판과 상기 제2 냉각판 및 상기 중간 냉각판의 내부는 중공으로 형성되며 복수의 격벽에 의해 냉매가 흐르는 복수의 유로부가 구획되며, 각 유로부는 냉매 입구로부터 냉매 출구로 연장되어 있는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 냉매 유입관으로부터 두 쌍의 유입 연결관이 양측으로 연장하여, 각각 상기 중간 냉각판에 있는 한 쌍의 냉매 입구 및 상기 제2 냉각판에 있는 한 쌍의 냉매 입구와 연통되고,
    상기 제1 냉매 유입관으로부터 두 개의 유입 연결관이 일측으로 연장하여, 제1 냉각판에 있는 한 쌍의 냉매 입구와 연통된 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 냉매 유출관으로부터 한 쌍의 유출 연결관이 양측으로 연장하여, 각각 상기 제1 냉각판에 있는 냉매 출구 및 상기 중간 냉각판에 있는 냉매 출구와 연통되고,
    상기 제2 냉매 유출관으로부터 하나의 유출 연결관이 일측으로 연장하여, 제2 냉각판에 있는 냉매 출구와 연통된 배터리 팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210127445A (ko) * 2020-04-14 2021-10-22 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021215837A1 (ko) * 2020-04-22 2021-10-28 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
CN113644336B (zh) * 2020-04-26 2024-02-27 比亚迪股份有限公司 电池箱和具有其的电池包
KR20210133538A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR20210143600A (ko) * 2020-05-20 2021-11-29 주식회사 엘지에너지솔루션 케이스 외부에 냉각부를 구비한 배터리 팩
WO2022048294A1 (zh) * 2020-09-04 2022-03-10 欣旺达电动汽车电池有限公司 电池包及其汽车
WO2022182036A1 (ko) * 2021-02-23 2022-09-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN113745690A (zh) * 2021-07-30 2021-12-03 东风汽车集团股份有限公司 一种集成冷却电池箱体、电池包以及车辆
CN117438692A (zh) * 2022-07-15 2024-01-23 比亚迪股份有限公司 散热导风板、电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能系统
WO2024063594A1 (ko) * 2022-09-22 2024-03-28 인지컨트롤스 주식회사 배터리 팩

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101818917B1 (ko) * 2016-12-01 2018-01-18 연암공과대학교산학협력단 배터리팩 냉각장치용 공기덕트

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101579483B1 (ko) * 2014-02-25 2015-12-22 엘지전자 주식회사 배터리팩
KR102284339B1 (ko) * 2015-09-09 2021-08-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101818917B1 (ko) * 2016-12-01 2018-01-18 연암공과대학교산학협력단 배터리팩 냉각장치용 공기덕트

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