KR20140059357A

KR20140059357A - 전지모듈

Info

Publication number: KR20140059357A
Application number: KR1020120125454A
Authority: KR
Inventors: 송찬호; 강은영
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-16
Also published as: KR102029209B1

Abstract

본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 케이스 내부에 적층된 다수의 단위 전지와; 이 단위 전지의 일측에 배열되고, 그 내부에 냉매 유로를 형성하고 있는 히트 싱크; 이 히트 싱크의 외주면에서 적층된 다수의 단위 전지 사이로 길이연장된 냉각핀; 및 이 냉각핀과 히트 싱크를 체결하는 결속 밴드;로 이루어져 있다.

Description

전지모듈 {Battery module}

본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 특히 냉각 성능을 개선한 전지모듈에 관한 것이다.

최근, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 컴팩트(Compact)하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있고, 이러한 전기/저장장치는 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동할 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 또한, 하이브리드 자동차(HV, Hybrid Vehicles), 전기 자동차(EV, Electric Vehicles) 등의 모터를 이용하는 자동차가 개발 및 생산되고 있고, 이러한 자동차에도 모터를 구동시킬 수 있는 전지 팩을 내장하고 있다. 이러한 전지 팩은 일정시간 동안 전기/저장장치 또는 자동차를 구동시키기 위해서 소정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

경제적 측면을 고려하여, 최근 전지 팩은 충전/방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지는 대표적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지, 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차전지 등이 존재한다.

이러한 충전/방전이 가능한 이차전지는 전지셀을 포함한 전지모듈로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위해 다양한 유형의 냉각시스템을 연구 및 개발하고 있다. 이러한 전지모듈의 일례가 대한민국 공개특허 제10-2011-0030225호(발명의 명칭 : 신규한 구조의 방열부재를 포함하는 전지모듈 및 중대형 전지팩)에 게재되어 있는바, 특허문헌 1에 게재된 방열부재는 이미 널리 알려져 있듯이 열교환 부재와 일체로 연결되며, 전지셀에서 발생하는 열이 방열부재를 경유하여 열교환 부재로 통해 제거되는 구조를 가진다.

종래기술에 따른 방열부재는 냉매의 유동을 돕는 냉매 유로를 형성하는 열교환 부재의 일측과 일체로 연결되어 있는데, 예상치 못한 외력이 가해질 경우에 열교환 부재의 기저부에서 분리될 수도 있다. 분리된 방열부재는 전지모듈 내부에 적층된 전지셀의 열을 열교환 부재로 확실하게 전달하지 못하게 된다. 이와 더불어서, 파손된 열교환 부재는 분리된 방열부재를 재부착하기 위해 예컨대 용접 등을 실시해야 하고, 열교환 부재를 완전히 교체해야 하는 경우도 발생하게 될 것이다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제10-2011-0030225호

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 전지모듈에 장착될 열교환 부재인 히트 싱크(heat sink)과 냉각핀 사이에 개선된 결합 상태 뿐만 아니라 향상된 열전달 효과를 달성하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 케이스 내부에 적층된 다수의 단위 전지와; 이 단위 전지의 일측에 배열되고, 그 내부에 냉매 유로를 형성하고 있는 히트 싱크; 이 히트 싱크의 외주면에서 적층된 다수의 단위 전지 사이로 길이연장된 냉각핀; 및 이 냉각핀과 히트 싱크를 체결하는 결속 밴드;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지모듈이다.

본 발명에서, 히트 싱크는 이의 외주면에 오목형상의 안착부를 추가로 형성하는데, 냉각핀을 히트 싱크의 외주면 위에 배열시킬 수 있다.

냉각핀은 기저부와 격판을 구비하며, 기저부는 히트 싱크의 외주면에 맞닿는 부분이며 격판은 기저부에서 수직상방으로 뻗어 인접해 있는 단위 전지 사이에 배열된다.

추가로, 냉각핀은 히트 싱크의 안착부에 위치되는바, 바람직하기로 냉각핀의 기저부는 안착부와 동일한 형상 그리고 동일한 크기로 이루어져 있다.

히트 싱크는 이의 외주면 둘레를 따라 오목형상의 안착부를 추가로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 전지모듈은 패드를 추가로 구비한다.

이 패드는 냉각핀과 히트 싱크 사이의 접촉 상태를 신뢰할 수 있도록 냉각핀의 기저부와 결속 밴드 사이에 배치된다.

추가로, 냉각핀은 기저부의 가장자리에서 수직상방으로 뻗은 격판으로 L자형상 혹은 역T자형상으로 형성된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 히트 싱크 외주면 상에 냉각핀을 확실하게 지지고정시킬 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.

본 발명은 결속 밴드를 매개로 하여 냉각핀과 히트 싱크를 체결하는바, 밴드의 가압을 통해 냉각핀과 히트 싱크의 신뢰할 수 있는 접촉 상태를 보장한다.

또한, 본 발명은 냉각핀을 히트 싱크의 외주면에 확실하게 밀착시켜 고온의 열을 냉매로 신속하게 방열시킬 수 있다.

본 발명은 히트 싱크 상에서 냉각핀의 유동을 최소화시켜 열교환을 개선시키는 동시에 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전지모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 히트 싱크를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 히트 싱크의 부분 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 전지모듈에 적용될 히트 싱크의 일례를 도시한 도면이고, 도 4b는 히트 싱크의 다른 일례를 도시한 도면이다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 전지모듈이 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈, 예컨대 이차전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈(1)은 다수의 단위 전지(10)와 케이스(20) 및 히트 싱크(30;heat sink)로 이루어져 있다. 참고로, 본 명세서에서는 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있는 PCB와 단위 전지 등의 배선에 대한 설명은 배제하도록 한다.

바람직하기로, 다수의 단위 전지(10)는 케이스(20) 내부에 적층체로 설치되어 있는데, 인접해 있는 각각의 단위 전지(10) 사이에 냉각핀(310)을 배열한다. 이 냉각핀(310)은 전지모듈(1)의 일측에 배열된 히트 싱크(30)로부터 길이연장되는데, 히트 싱크(30) 내부를 따라 유동하는 냉매와 단위 전지(10) 사이에서 신속한 열교환을 돕는다.

다시 말하자면, 히트 싱크(30)는 단위 전지(10)에서 발생하는 열을 신속하게 냉각시키는 수단으로 채용되는바, 전지모듈(1)의 열 축적과 단위 전지(10)의 열화를 방지하여 전지모듈의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한다.

히트 싱크(30)는 속이 비어 있는 튜브형상으로 이루어져 있으며, 그 내부 유로를 통해 다양한 유형의 냉매를 이동시킨다. 전술된 바와 같이, 단위 전지(10)에서 발생된 열은 인접하게 배열된 단위 전지(10) 사이로 개재(介在)되어 있는 단위 전지(10)의 커버에 밀착되게 위치된 냉각핀(310)을 통해 히트 싱크(30)로 전달된다. 그런 다음에, 열은 히트 싱크(30)의 유로(34)를 따라 흐르는 냉매로 방열된다.

참고로, 히트 싱크(30)는 냉매의 종류에 따라 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있는 수냉식 혹은 냉매식 냉각시스템으로 형성될 수 있을 것이다.

도 2는 히트 싱크를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 히트 싱크를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4a는 본 발명에 따른 전지모듈에 적용될 히트 싱크의 일례를 도시한 도면이다.

도 2를 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈에 구비될 히트 싱크(30)에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.

히트 싱크(30)는 도시된 바와 같이 냉매 유로(34)를 제공하는 튜브형상으로 이루어져 있으며, 이의 외주면에서 바깥방향으로 길이연장된 하나 이상의 냉각핀(310)과 이 냉각핀(310)의 결합상태를 보장하는 결속 밴드(320)를 구비한다.

본 발명의 히트 싱크(30)는 결속 밴드(320)를 수단으로 하여 히트 싱크(30)의 외주면에 냉각핀(310)을 위치고정시킬 수 있다. 선택가능하기로, 결속 밴드(320)는 링(ring) 형상으로 이루어져 히트 싱크(30) 외주면 둘레를 에워싸면서 히트 싱크(30)에 밀착된다. 즉, 냉각핀(310)의 일부가 히트 싱크(30)와 결속 밴드(320) 사이에 삽입되어 냉각핀(310)과 히트 싱크(30)를 결속시킬 수 있다. 본 명세서는 링 형상의 결속 밴드(320)에 대해 언급하고 있지만, 이에 국한되지 않고 필요에 따라 다양한 유형의 가늘고 긴 띠형상의 결속 밴드를 채용할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 냉각핀(310)은 격판(311)과 기저부(312)를 구비하는바, 기저부(312)는 히트 싱크(30)의 외주면 상에 안착되는 부분이며 격판(312)은 기저부(312)에서 수직상방으로 길이연장되어 적층된 다수의 단위 전지(10;도 1 참조) 사이로 삽입될 수 있게 되어 있다.

기저부(312)는 결속 밴드(320)로 가압되어 히트 싱크(30)의 외주면 상에 고정되는데, 기저부(312)는 히트 싱크(30)의 외주면, 특히 안착부(31;도 4a 참조)와 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 냉각핀(310)의 기저부(312)와 히트 싱크(30)의 외주면을 확실하게 밀착되게 할 수 있다.

전술되었듯이, 기저부(312)는 이의 가장자리에 수직상방으로 뻗어 있는 격판(312)을 구비한다. 냉각핀(310)이 히트 싱크(30)의 상부에 용이하게 배치할 수 있도록 도 2에 도시되었듯이 L자형상으로 이루어질 수 있다. 물론, 냉각핀(310)은 L자형상 이외에 다양한 형상, 예컨대 역T자형상으로 이루어질 수도 있다.

도 4a를 참조하면, 히트 싱크(30)는 이의 길이방향을 따라 외주면 상에 하나 이상의 안착부(31)를 형성한다. 안착부(31)는 냉각핀(30)의 기저부(312)를 수용할 수 있도록 오목하게 형성되어 있다. 한편, 안착부(31)는 기저부(312)와 동일한 크기 그리고 동일한 형상으로 형성되어 안착부(31)와 기저부(312) 사이에 유격을 최소화시킨다. 기저부(312)가 오목형상의 안착부(31)에 끼워 넣어져 히트 싱크(30)의 외주면에서 기저부(312)의 불필요한 이동을 제한할 수 있다. 덧붙여서, 하나 이상의 안착부(31)는 히트 싱트(30)에 배열된 하나 이상의 단위 전지(10;도 1)의 폭에 종속되어 소정의 간격으로 이격된다.

도 4b는 히트 싱크의 다른 일례를 도시한 도면으로, 히트 싱크(30)는 이의 외주면 둘레를 따라 오목하게 안착부(31')를 형성하고 있다. 이 안착부(31')에 기저부(312)와 함께 결속 밴드(320)를 수용하여 기저부(312)와 결속 밴드(320)의 위치선정을 돕는다. 안착부(31')는 도 4a에 도시된 안착부(31)와 달리 외주면 둘레를 따라 형성되어 기저부(312)와 접촉되지 않는 부분에서는 결속 밴드(320)가 안착부(31')의 오목형상부에 삽입되어 히트 싱크(30)의 길이방향으로 이동하는 것을 추가로 제한할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예는 냉각핀(310)과 히트 싱크(30), 더욱 구체적으로 안착부(31 혹은 31') 사이의 밀착을 돕기 위해서 패드(330;pad)를 추가로 구비한다. 패드(330)는 냉각핀(310)과 결속 밴드(320) 그리고 냉각핀(310)과 히트 싱크(30) 사이의 접촉부위에 접촉 효과를 향상시킬 수 있다.

패드(330)는 고온 환경하에서도 충분한 내구성을 제공할 수 있게 내열성 소재로 제작되는 한편, 고압축성 고무, 합성수지재, 열전도성 패드(thermal pad)를 사용할 수 있다. 패드(330)는 도 3에 도시되었듯이 냉각핀(310)과 이를 가압하는 결속 밴드(320) 사이에 배치되어, 결속 밴드(320)가 냉각핀(310)의 기저부(312)를 전체를 골고루 가압할 수 있게 하여 냉각핀(310)과 히트 싱크(30)의 열 전달효율을 극대화시킬 수 있다. 더욱이, 패드(330)는 결속 밴드(320)와 기저부(312) 사이에 접촉면에 마찰저항을 제공하여 각 구성부재간의 유격을 최소화시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전지모듈은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 : 전지모듈, 10 : 단위 전지,
20 : 케이스, 30 : 히트 싱크,
310 : 냉각핀, 320 : 결속 밴드,
330 : 패드.

Claims

케이스 내부에 적층된 다수의 단위 전지와;
상기 단위 전지의 일측에 배열되고, 그 내부에 냉매 유로를 형성하고 있는 히트 싱크;
상기 히트 싱크의 외주면에서 상기 적층된 다수의 단위 전지 사이로 길이연장된 냉각핀; 및
상기 냉각핀과 히트 싱크를 체결하는 결속 밴드;로 이루어진 전지모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 히트 싱크는 이의 외주면에 오목형상의 안착부를 추가로 형성하는 전지모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각핀은 상기 히트 싱크의 외주면에 맞닿는 기저부와 상기 기저부에서 수직상방으로 뻗어 있는 격판을 구비하는 전지모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각핀은 상기 히트 싱크의 안착부에 위치되는 전지모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 히트 싱크는 이의 외주면 둘레를 따라 오목형상의 안착부를 형성하는 전지모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 결속 밴드 내측에 패드를 추가로 구비하는 전지모듈.
청구항 6에 있어서,
상기 패드는 상기 냉각핀의 기저부와 상기 결속 밴드 사이에 배치되는 전지모듈.