KR20130054761A - 차량용 배터리 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체는, 복수개의 배터리셀과; 상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 포함하는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재의 개별 돌출부와 열적 접촉하는 냉매 유동 도관을 형성한 열교환기;를 포함한다.

Description

차량용 배터리 조립체{Battery assembly for vehicle}

본 발명은 배터리 조립체에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되며 냉각을 위한 열교환 수단을 구비한 배터리 조립체에 관한 것이다.

통상적으로, 전기 자동차 또는 하이브리드 전지 자동차에는 대용량의 배터리가 장착된다. 하지만, 이러한 배터리들은 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 고온에서는 전해질 분해가 일어나고, 이에 따라 수명이 현저하게 떨어진다. 따라서, 이와 같은 배터리의 온도 상승을 방지하기 위한 다양한 개발이 행해지고 있다.

이에 따라, 배터리에서 발생되는 열을 제거하거나 방출하기 위하여 물을 순환시키는 수냉식 냉각방법과 배터리에 냉각 공기를 불어넣어 주는 공냉식 냉각방법, 별도의 냉각 장치를 이용하여 냉각 장치에서 냉각된 열교환 매체를 배터리에 순환시키는 방법이 개발되었다.

배터리를 냉각하기 위하여 냉각수나 열교환 매체를 순환시켜서 배터리셀에서 발생되는 열에 의한 온도 상승을 방지하는 방안의 경우, 냉각수와 열교환 매체가 배터리셀에서 발생되는 열을 균일하게 식혀주지 못하여 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 열교환 매체의 유동 경로가 일측에 치우쳐서 열교환 매체가 열을 효과적으로 교환하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 복수개의 배터리셀 간에 열전달 부재를 배치하고 열전달 부재의 돌출부를 열교환기의 분기된 냉매 유동 도관들 사이의 삽입홈에 삽입시켜 열적으로 열교환 매체와 접촉시켜 열을 방출하는 차량용 배터리 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체는, 복수개의 배터리셀과; 상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 포함하는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재의 개별 돌출부와 열적 접촉하는 냉매 유동 도관을 형성한 열교환기;를 포함한다.

여기서, 상기 열교환기는 상기 돌출부가 수용되는 삽입홈을 구비하며, 상기 냉매 유동 도관은 상기 삽입홈의 측면을 따라 분기되어 내부로 열교환 매체가 유동하게 되는 분기 냉매 유동 도관을 포함한다.

또한, 상기 열교환기는 상기 분기 냉매 유동 도관의 양단에 각각 연통되어 있는 통합 냉매 유동 도관들을 추가로 포함한다.

상기 돌출부의 횡방향 길이는 상기 통합 냉매 유동 도관의 이격거리와 동일하게 형성된다.

또한, 상기 통합 냉매 유동 도관들 중 하나의 통합 냉매 유동 도관에는 열교환 매체가 유입되는 유입구가 설치되고, 다른 하나의 통합 냉매 유동 도관에는 열교환 매체가 유입되는 유출구가 설치되되, 상기 유입구와 상기 유출구는 상기 열교환기의 중심에 대하여 서로 대칭 위치에 배치된다.

본 발명에 따른 차량용 배터리 조립체는 다음과 같은 효과를 가지고 있다.

첫째, 복수개의 배터리셀들이 그 사이에 배치된 열전달 부재가 배치되고 열전달 부재는 다시 열교환 매체와 열을 교환하게 됨으로써 배터리셀에서 발생된 열이 효율적으로 방출되어 배터리셀의 냉각 효율성이 향상된다.

둘째, 열교환기와 배터리셀간의 체결 및 분리가 용이하여 수리 및 유지비가 절감된다.

셋째, 배터리셀간의 이격 공간마다 열전달 부재가 배치되므로 배터리셀간의 온도 편차를 줄여줄 수 있다.

넷째, 배터리셀과 열전달 부재가 케이스 내에 수납되되, 케이스 내측면에 리브가 형성되어 배터리셀과 열전달 부재간의 간격을 유지할 수 있고 외부의 충격으로부터 배터리셀을 효과적으로 보호할 수 있다.

다섯째, 열교환 매체가 유입하고 유출되는 유입구 및 유출구는 열교환기의 중심에 대하여 대칭적으로 배치됨으로써 열교환 매체가 균일하게 유동하게 되어, 이에 따라 냉각 효율을 더욱 향상시키게 된다.

여섯째, 개별 열전달 부재의 돌출부에 의한 열전달 효율이 상승하게 되어 공랭식에 비하여 돌출부의 돌출 높이를 작게 할 수 있어서 장치를 콤팩트하게 구성할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 분해 사시도(케이스 제외)이다.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 취한 단면의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체에서 배터리셀 및 열전달 부재와 열교환기가 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스에 대한 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 배터리셀 및 열전달 부재와 열교환기가 조립된 상태로 케이스에 수납된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 배터리 조립체의 열교환 매체의 유동 경로를 나타내는 평면도이다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체에서 케이스는 생략된 상태의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 조립체가 조립될 경우에 A-A 선을 따라 취한 부분 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체에서 배터리셀 및 열전달 부재와 열교환기가 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체(10)는, 소정의 두께를 가지며 예시적으로 직육면체의 형상을 가진 복수개의 배터리셀(20)과; 상기 배터리셀 사이의 이격 공간에 배치되어 결국 이웃하는 배터리셀들 간에 개재되는 열전달 부재(30)를 포함한다.

가장 외곽에 배치된 배터리셀(20)의 경우에는 일측면만 열전달 부재(30)와 접촉한다. 선택적으로, 가장 외곽에 열전달 부재(30)가 배치될 수도 있다.

상기 열전달 부재(30)는 상기 배터리셀(20)과 면접촉하고 있으며, 상기 배터리셀(20)과 접촉하는 열전달 부재(30)의 표면은 배터리셀의 형상과 상보적인 형상을 가진다. 예를 들어 상기 배터리셀(20)이 직육면체 형상이며, 상기 배터리셀(20)에 접하는 열전달 부재의 접촉면은 배터리셀(20)과 접촉하는 면을 포함하는 표면에서 배터리셀(20)과 접촉하지 않는 부분이 없도록 실질적으로 동일한 면적의 사각형 접촉면을 가진다.

상기 열전달 부재(30)는 열전달 성능이 우수한 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 히트파이프인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 상기 히트 파이프는 열전도성과 가격면을 동시에 고려하여 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.

또한, 직육면체 형상의 상기 배터리셀(20)은 넓은 표면적의 면끼리 소정의 간격으로 이격되어 서로 이웃하도록 배치되고, 그 이격된 간격에 상기 열전달 부재(30)가 배치된다.

도 1을 참조하면, 상기 열전달 부재(30)는 상기 배터리셀(20)의 상측으로 돌출된 돌출부(32)를 구비한다. 즉, 상기 돌출부(32)를 포함하는 상기 열전달 부재(30)의 전체 높이는 상기 배터리셀(20)의 전체 높이보다 크게 형성된다.

한편, 배터리 조립체는 상기 열전달 부재(30)에서 돌출된 개별 돌출부(30)와 열적으로 접촉하는 냉매 유동 도관을 형성한 열교환기(40)를 포함한다. 이 경우, 상기 열교환기(40)는 상기 돌출부(30)가 수용되어 끼워지는 삽입홈(42)을 구비한다.

특히, 상기 냉매 유동 도관은 상기 돌출부(32)가 끼워지는 삽입홈(42)의 측면을 따라 분기되어 나란하게 배치되고 내부로 열교환 매체가 유동하게 되는 분기 냉매 유동 도관(41)을 포함한다.

또한, 상기 열교환기(40)는 상기 분기 냉매 유동 도관(41)의 양측 단부에 각각 연통되어 있는 한 쌍의 통합 냉매 유동 도관(48)을 포함한다. 상기 분기 냉매 유동 도관(41)과 상기 통합 냉매 유동 도관(48)은 서로 연통되어 있으므로 열교환 매체는 상기 분기 냉매 유동 도관과 상기 통합 냉매 유동 도관을 유동할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)는 상기 분기 냉매 유동 도관(41) 사이의 삽입홈(42)에 끼워지는데, 상기 돌출부(32)의 두께(T)는 상기 삽입홈의 폭과 같거나 작도록 형성된다.

상기 돌출부(32)의 두께(T)가 상기 삽입홈(42)의 폭보다 작은 경우, 상기 돌출부(32)와 상기 분기 냉매 유동 도관(41)은 직접 접촉하지 않고 그 사이에 소정의 간격이 형성될 수 있는데, 이 경우 그 간격에는 열전달 성질을 가지는 그리스(grease)가 채워질 수 있다.

본 발명에서 열적으로 접촉한다는 것은 복수개의 부재가 서로 직접 접촉하여 열을 전달하는 경우에만 한정되는 것이 아니라, 그 사이에 열전달을 수행하는 부재 또는 매체가 삽입되어 간접적으로 열을 전달하는 경우를 포함하는 것으로 해석된다.

상기 열교환기(40)의 한 쌍의 통합 냉매 유동 도관 중 하나의 통합 냉매 유동 도관에는 열교환 매체(미도시)가 유입되는 유입구(44)가 설치되고, 나머지 다른 통합 냉매 유동 도관에는 상기 열전달 부재(30)의 돌출부(32)와 열교환을 한 후의 열교환 매체가 유출되는 유출구(44)가 구비된다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체의 케이스에 대한 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 배터리셀 및 열전달 부재와 열교환기가 조립된 상태로 케이스에 수납된 상태를 도시하는 사시도인데, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 조립체(10)는 상기 배터리셀(20) 및 상기 열전달 부재(30) 및 열교환기(40) 둘러싸서 지지하는 케이스(50)를 추가로 포함한다.

상기 케이스(50)는 조립의 편리성을 위하여 도 5에 도시된 바와 같이, 2피스 구조로 되어 상기 배터리셀(20) 및 상기 열전달 부재(30)를 감싸도록 조립될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지는 않고 일측이 개방된 1피스 구조로 개방된 부분에 상기 배터리셀(20) 및 열전달 부재(30)가 삽입될 수도 있다.

상기 케이스의 상측에는 상기 열교환기와의 체결을 위한 체결수단(52)이 구되는데, 상기 체결수단(52)은 상기 열교환기(40) 방향으로 절곡되고 탄성 변위될 수 있는 'ㄱ' 자 형태의 돌출부일 수 있다.

한편, 상기 케이스(50)는 상기 케이스의 내측면에 돌출된 보강부재(54)를 포함한다. 상기 보강부재(54)는 가로 및/또는 세로로 길다랗게 연장되는 형태로 형성된 리브일 수 있다. 또한, 배터리셀(20)에서 케이스(50)로 전달되는 열을 방출하기 위하여 케이스(50)의 표면에는 열방출공(미도시)이 형성될 수도 있다.

열방출성을 우수하게 하기 위하여, 상기 케이스(50)는 지지력이 확보되는 범위 내에서 적어도 부분적으로 메시 구조일 수도 있다.

가장 외곽에 배치된 배터리셀(20)의 경우에는 일측면은 열전달 부재(30)와 접촉하고 타측면은 케이스(50)의 내측면과 접촉할 수 있다. 따라서 상기 케이스(50)는 역시 가급적 견고하면서도 열전도성이 우수한 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6은 도 5의 배터리 조립체의 열교환 매체의 유동 경로를 나타내는 평면도인데, 도 6을 참조하면, 상기 열교환기(40)내에서 유동하는 열교환 매체가 한 쪽 방향으로 쏠려서 열교환기 전체를 순환하지 않고 유출되지 않도록 하고 유동성을 향상시키기 위하여 열교환 매체가 유입되는 유입구(42)와 상기 열교환 매체가 유출되는 유출구(44)는 열교환기(40)의 중심에 대하여 서로 대칭 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

즉, 분기 냉매 유동 도관(41)을 사이에 두고 나란하게 배치된 통합 냉매 유동 도관들 중 하나의 통합 냉매 유동 도관에 설치된 유입구(44)와 다른 하나의 통합 냉매 유동 도관에 설치된 유출구(46)는 열교환기(40) 전체에 대하여 열교환기의 중심에 대하여 서로 대칭 위치에 배치된다.

따라서, 상기 유입구(44)로 유입된 열교환 매체는 한 쌍의 통합 냉매 유동 도관 중 하나의 통합 냉매 유동 도관(48)을 거쳐서 유동하게 되고, 이 과정에서 통합 냉매 유동 도관에서 분기 냉매 유동 도관으로 열교환 매체들도 분기되어 유동하였다가 반대편의 통합 냉매 유동 도관에서 다시 그 유동이 합쳐져서 유출구(46)로 빠져 나가게 된다.

이러한 구성으로 인하여, 열교환기(40)에서 열교환 매체는 열교환기의 전체 면적을 골고루 유동하게 된다.

한편, 도 6을 참조하면 상기 돌출부(32)의 횡방향 길이(L)는 한 쌍의 상기 통합 냉매 유동 도관들(48)간의 이격 거리와 동일하게 형성된다. 이에 따라 상기 돌출부(32)의 장변이 분기 냉매 유동 도관(41)과 열적으로 접촉하는 것에 추가하여 상기 돌출부(32)의 단변은 통합 냉매 유동 도관(48)과 열적으로 접촉하게 된다. 이에 따라 열전달 부재(30)는 돌출부(32)의 모든 테두리 방향을 통하여 열교환기(40)와 열교환을 할 수 있게 되어 열교환 효율이 상승된다.

선택적으로, 상기 돌출부(32)의 횡방향 길이(L)을 한 쌍의 상기 통합 냉매 유동 도관들(48)간의 이격 거리보다 작게 한다면 그 차이에 해당하는 공간에는 열 전달성이 있는 그리스(grease)가 채워질 수도 있다.

본 발명이 차량용 배터리 조립체의 다른 실시예로서, 상기 열교환 챔버 내에 삽입되어 끼워지는 돌출부와 분기 냉매 유동 도관들간의 접촉 면적을 크게 하기 위하여, 상기 돌출부와 상기 분기 냉매 유동 도관은 서로 상보적으로 지그재그 형태로 되거나 곡면을 이루도록 형성될 수도 있다.

10: 차량용 배터리 조립체 20: 배터리셀
30: 열전달 부재 32: 돌출부
40: 열교환기 41: 분기 냉매 유동 도관
42: 삽입홈 44: 유입구
46: 유출구 48: 통합 냉매 유동 도관
50: 케이스 52: 체결 수단
54: 보강부재

Claims (5)

1. 복수개의 배터리셀과;
   상기 배터리셀 사이에 개재되고, 상기 배터리셀의 상측으로 돌출된 돌출부를 포함하는 열전달 부재와;
   상기 열전달 부재의 개별 돌출부와 열적 접촉하는 냉매 유동 도관을 형성한 열교환기;를 포함하는 차량용 배터리 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 돌출부가 수용되는 삽입홈을 구비하며, 상기 냉매 유동 도관은 상기 삽입홈의 측면을 따라 분기되어 내부로 열교환 매체가 유동하게 되는 분기 냉매 유동 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열교환기는 상기 분기 냉매 유동 도관의 양단에 각각 연통되어 있는 통합 냉매 유동 도관들을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 돌출부의 횡방향 길이는 상기 통합 냉매 유동 도관의 이격거리와 동일한 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.
5. 제3항에 있어서,
   상기 통합 냉매 유동 도관들 중 하나의 통합 냉매 유동 도관에는 열교환 매체가 유입되는 유입구가 설치되고, 다른 하나의 통합 냉매 유동 도관에는 열교환 매체가 유입되는 유출구가 설치되되, 상기 유입구와 상기 유출구는 상기 열교환기의 중심에 대하여 서로 대칭 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 조립체.

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