KR20140062603A - 전지모듈 냉각장치 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리 - Google Patents

전지모듈 냉각장치 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치는, 적어도 하나 이상이 전지셀이 적층되어 형성되는 단위전지모듈의 일면에 접촉되도록 결합되는 쿨링플레이트, 상기 쿨링플레이트 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프, 상기 쿨링플레이트 일면에 상기 쿨링파이프를 커버하도록 결합되는 상부커버부재 및 상기 상부커버부재에 대응되며 상기 쿨링플레이트 타면에 결합되는 하부커버부재를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 전지모듈로 발생된 열을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전지모듈 냉각장치 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리{Cooling Device for Battery Module and Battery Module Assembly having the same}
본 발명은 전지모듈 냉각장치 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.
최근 이차전지는 IT제품, 자동차분야 및 에너지 저장분야 등에서 널리 사용됨으로써 각광받는 에너지원으로 주목받고 있다. IT제품 분야에서 이차전지는 장시간 연속사용이 가능하며, 소형화, 경량화가 요구되고 있으며, 자동차 분야에서는 고출력, 내구성 및 폭발위험을 해소하기 위한 안정성 등을 요구하고 있다. 에너지 저장분야는 풍력, 태양광 발전 등으로 생산한 잉여전력을 저장하는 것으로, 고정형으로 사용됨에 따라 보다 완화된 조건의 이차전지를 적용할 수 있다. 특히, 리튬 이차전지는 1970년대 초부터 연구개발이 진행되었고, 1990년 리튬금속 대신 탄소를 음극으로 이용한 리튬 이온전지가 개발되면서 실용화되었으며, 500회 이상의 사이클 수명과 1 내지 2시간의 짧은 충전시간을 특징으로 하여 이차전지 중 가장 판매 신장률이 높고 니켈-수소 전지에 비해서 30 내지 40% 정도 가벼워 경량화가 가능하다. 또한, 리튬 이차전지는 현존하는 이차전지 중 단위전지 전압(3.0 내지 3.7V)이 가장 높고 에너지밀도가 우수하여, 이동기기에 최적화된 특성을 가질 수 있다.
이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라 한다. 또한, 리튬 이차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch) 등이 있다. 상기 리튬 이차전지의 외장재 내부에는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)가 적층되거나 권취된 전극조립체가 구비된다.
종래, 이러한 이차전지의 전지셀을 포함한 전지모듈로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위한 다양한 냉각시스템이 적용되어 왔다. 특히, 전지셀의 적층시에 간격을 두어 적층하고, 상기 간격을 이용하여 공기유로를 형성함으로써 냉각시키는 공냉방식이 있었다. 그러나, 이러한 공냉방식은 공기유로가 협소하여 냉각효율이 떨어지는 문제점과, 적층된 전지셀의 간격을 통한 냉각의 한계로 인해 전지셀로부터 발생되는 열의 효과적인 냉각 및 배출이 어려워짐에 따라 전지셀을 포함하고 있는 다양한 디바이스의 작동성능이 저하되거나, 디바이스 작동의 신뢰성이 현저히 떨어지는 심각한 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 적어도 하나 이상의 단위전지모듈이 적층된 전지모듈의 단위전지모듈 사이에 삽입, 설치되어, 전지모듈로부터 발생되는 열을 냉각시킬 수 있는 전지모듈 냉각장치 및 이를 포함한 전지모듈 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치는, 적어도 하나 이상이 전지셀이 적층되어 형성되는 단위전지모듈의 일면에 접촉되도록 결합되는 쿨링플레이트, 상기 쿨링플레이트 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프, 상기 쿨링플레이트 일면에 상기 쿨링파이프를 커버하도록 결합되는 상부커버부재 및 상기 상부커버부재에 대응되며 상기 쿨링플레이트 타면에 결합되는 하부커버부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 쿨링파이프의 냉매의 출입을 위한 입구부와 출구부는 상기 쿨링플레이트의 동일측면상에 나란히 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 쿨링플레이트에 형성된 상기 결합홈은 상기 쿨링파이프 직경의 1/3 내지 2/3의 깊이의 홈으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 단위전지모듈은 두 개의 전지셀이 적층되어 형성되며, 상기 전지셀 사이에는 파티션부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 쿨링플레이트는 상기 단위전지모듈로부터 발생된 열이 전달될 수 있도록 열전도성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 파티션부재의 둘레부분에는 결합되는 상기 전지셀의 변형 방지를 위한 패드부재가 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치로써, 상기 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매량을 조절하기 위해서 상기 쿨링파이프의 상기 입구부 및 출구부에 각각 냉매유입조절부와 냉매배출조절부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리는, 적어도 하나 이상의 전지셀이 포함되는 단위전지모듈이 복수개 적층되는 전지모듈 및 상기 단위전지모듈 일면에 접촉되도록 상기 전지모듈 사이에 삽입 결합되는 냉각장치를 포함하며, 상기 냉각장치는, 상기 단위전지모듈에 면 접촉되는 쿨링플레이트, 상기 쿨링플레이트 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프, 상기 쿨링플레이트 일면에 상기 쿨링파이프를 커버하도록 결합되는 상부커버부재 및 상기 상부커버부재에 대응되며 상기 쿨링플레이트 타면에 결합되는 하부커버부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 쿨링파이프의 냉매의 출입을 위한 입구부와 출구부는 상기 쿨링플레이트의 동일측면상에 나란히 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 쿨링플레이트에 형성된 상기 결합홈은 상기 쿨링파이프 직경의 1/3 내지 2/3의 깊이의 홈으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 단위전지모듈은 두 개의 전지셀이 적층되어 형성되며, 상기 전지셀 사이에는 파티션부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 쿨링플레이트는 상기 단위전지모듈로부터 발생된 열이 상기 쿨링플레이트 외곽의 상기 쿨링파이프 쪽으로 전달될 수 있도록 열전도성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 파티션부재의 둘레부분에는 결합되는 상기 전지셀의 변형 방지를 위한 패드부재가 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매량을 조절하기 위해서 상기 쿨링파이프의 상기 입구부 및 출구부에 각각 냉매유입조절부와 냉매배출조절부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리로써, 상기 전지모듈 및 상기 냉각장치를 포함하도록 상기 전지모듈 일면에 결합되는 상부케이스 및 상기 상부커버에 대응되며 상기 전지모듈 타면에 결합되는 하부케이스를 더 포함할 수 있다.
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.
본 발명에 따르면, 전지모듈로 발생된 열을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전지모듈을 이루는 단위전지모듈 사이에 냉각장치를 삽입하고, 냉각장치의 쿨링플레이트가 상기 단위전지모듈과 면접촉하도록 형성하여 열을 외곽부로 전달하고, 쿨링플레이트 외곽부에 형성된 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매를 이용하여 전달된 열을 냉각함으로써 냉각효율 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 단위전지모듈에 면접촉하도록 쿨링플레이트가 형성되고, 쿨링플레이트상에 별도부재로 쿨링파이프가 결합됨으로써, 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매의 안정적인 보관 및 유동 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 쿨링플레이트상에 쿨링파이프 결합을 위한 결합홈이 형성됨으로써, 쿨링파이프와 쿨링플레이트의 결합의 정밀도를 보다 향상시켜, 쿨링파이프에 의한 냉각장치의 작동 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 쿨링플레이트상에 결합된 쿨링파이프는 쿨링플레이트의 어느 일측면상에 동일방향으로 입구부와 출구부가 형성되며, 각 입구부와 출구부에 냉매조절부가 결합됨으로써, 전지모듈에서 발생된 열 및 냉각속도에 따라 적절한 전지모듈의 온도를 유지하여, 전지모듈 어셈블리의 작동 성능 및 구동의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치의 쿨링플레이트 어셈블리의 분해 사시도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치와 냉매조절부의 결합 사시도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치의 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도; 및
도 5는 본 발명의 일실시예에 다른 전지모듈 어셈블리의 결합 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일측", "타측", "일면", "타면". "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리(1)의 전지모듈(30)을 구성하는 전지셀(21)들은 충방전이 가능한 이차전지로서 리튬이차전지 또는 니켈-수소 이차전지를 사용할 수 있으나, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 충방전이 가능한 이차전지라면 당업자에 다양한 종류의 이차전지를 선택 적용할 수 있음은 자명하다. 예를 들어,니켈-수소 이차전지는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 용량이 크므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 에너지원으로 사용하기 적합할 수 있다. 또한, 리튬이차전지는 구체적으로 양극 활물질을 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극활물질로 탄소 재료 등을 사용하여, 음극과 양극 사이에 다공성 고분자 분리막을 위치시키고, LiPF6 등의 리튬염을 함유한 비수성 전해액을 넣어서 제조할 수 있다. 충전시에 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소 층으로 삽입되고, 방전시에는 탄소 층의 리튬이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온이 이동하는 매질의 역할을 한다. 리튬이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존특성이 우수하므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV)의 에너지원 뿐만 아니라 다양한 전자제에 적용, 사용될 수 있다.
또한, 리튬이차전지는 전극조립체와 전극조립체를 감싸서 밀봉하는 파우치케이스를 포함하는 파우치형 전지 또는 각형 전지 등으로 형성될 수 있다. 특히, 파우치형 케이스는 알루미늄 박판과 같은 금속질 박판에 그 표면을 절연처리하여 사용될 수 있으며, 절연처리는 폴리머수지인 변성 폴리프로필렌, 예를 들어, CPP(Casted Polypropylene)가 열융착층을 이루며 도포되어 있고, 그 외측면에 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성될 수 있다. 본 구조는 리튬이차전지의 일실시예로서 설명된 것이며, 본 발명에서 이러한 구조는 전지의 형태 및 종류에 따라 당업자에 의해 적절히 변경하여 선택, 적용될 수 있음은 물론이다.
전지셀(21)은 적어도 하나 이상이 적층되어 단위전지모듈(20)을 이루는 것으로, 단위전지모듈(20)이 적층되어 형성되는 전지모듈(30)의 콤팩트화를 이루기 위해 얇은 두께와 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트시트의 케이스에 전극조립체가 내장되고, 전극단자를 이루는 제1 탭부(22)와 제2 탭부(23)가 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있으며, 특히, 알루미늄 라이네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장된 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 전극조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하여 형성되며, 양극과 음극이 적층되는 사이에 분리막이 형성된다. 양극, 음극 및 분리막을 결합하는 방법에 따라, 젤리-롤(Jelly-roll)로 권취된 타입(Winding type)이거나, 스택형/ 스택폴딩형 등으로 형성될 수 있다. 이하 자세한 설명은 종래의 공지 기술레 해당하므로 여기서는 생략하기로 한다.
단위전지모듈(20)은 적어도 하나 이상의 전지셀(21)들이 전기적으로 연결되는 최소단위의 단위전지모듈(20)로 형성될 수 있다. 적어도 둘 이상의 전극단자들이 직렬로 상호 연결되고, 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층되는 구조로 형성될 수 있으며, 전지셀(21)의 외면을 감싸는 알루미늄 등의 강성있는 재질로 형성된 셀커버(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 전지셀(21)이 적층되는 면 사이에 파티션부재(24)를 포함하여 결합할 수 있다. 파티션부재(24)는 전지셀(21)을 고정하고 외부충격이나 진동 및 이물질로부터 전지셀(21)을 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 연속 적층 구조에서는 "ㅁ"자 형태를 가질 수 있다. 여기에는 추가적으로 전지셀(21)의 미끄럼방지를 위한 미끄럼방지패드(미도시)가 더 형성될 수 있다. 파티션부재(24)상에는 패드부재(25)가 더 포함될 수 있다. 여기서, 패드부재(25)는 전지셀(21)에 부착되어 전지셀(21)의 변형이나 적층구조에서의 완충역할을 할 수 있다.
다만, 단위전지모듈(20)에 포함되는 전지셀(21)의 수는 여기에 한정되는 것은 아니고, 전지셀(21)의 적층면 사이에 파티션부재(24) 또는 패드부재(25)는 반드시 필요한 구성은 아니므로 생략할 수 있고, 기타 전지셀(21)의 결합의 위치나 기타 결합 신뢰성을 위한 별도 부재가 포함될 수 있음은 자명하다. 각 전지셀(21)에는 일측면으로터 돌출된 전기적 연결을 위한 제1 탭부(22) 및 제2 탭부(23)가 전지셀(21)의 일측면과 타측면에 상호 반대방향으로 형성된다. 도면에 도시되지 않았지만, 전극의 전기적 연결을 위한 제1 탭부(22)와 제2 탭부(23)는 전지셀(21) 일측면상에 나란히 배치되는 구조를 취할 수 있으며, 전지셀(21)의 종류 및 전지모듈(30)을 구성하는 방법에 따라 다양한 구조의 선택, 적용이 가능할 것이다.
전지모듈(30)은 적어도 하나 이상의 단위전지모듈(20)이 적층되어 형성되는 것으로, 여기서, 전지모듈(30)을 형성하는 단위전지모듈(20)의 적층개수 또는 적층방법에는 특별한 제한이 없으며, 본 발명에서 도시한 도면의 전지모듈(30)의 적층모습은 전지모듈(30)에 대한 하나의 실시예에 불과하다. 특히, 본 발명에서는 전지모듈(30)의 냉각을 위해 단위전지모듈(20) 사이에 각각 전지모듈 냉각장치(10)가 삽입되어 적층될 수 있다.
이하, 전지모듈 냉각장치(10) 및 이를 포함한 전지모듈 어셈블리(1)에 대해 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치의 쿨링플레이트 어셈블리의 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치와 냉매조절부의 결합 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치의 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 다른 전지모듈 어셈블리의 결합 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지모듈 냉각장치(10)는, 적어도 하나 이상이 전지셀(21)이 적층되어 형성되는 단위전지모듈(20)의 일면에 접촉되도록 결합되는 쿨링플레이트(11), 상기 쿨링플레이트(11) 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈(11a)이 형성되고, 상기 결합홈(11a)에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프(12), 상기 쿨링플레이트(11) 일면에 상기 쿨링파이프(12)를 커버하도록 결합되는 상부커버부재(13) 및 상기 상부커버부재(13)에 대응되며 상기 쿨링플레이트(11) 타면에 결합되는 하부커버부재(14)를 포함할 수 있다.
전지모듈 냉각장치(10)를 이루는 쿨링플레이트(11)는 직접적으로 전지셀(21)에 접촉되어 전지셀(21)로부터 발생되는 열이 전달됨으로써, 후술하는 쿨링플레이트(11) 외곽 테두리부에 형성된 냉매가 유동하는 쿨링파이프(12)에 의해 냉각될 수 있다. 쿨링플레이트(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 판형으로 제작될 수 있으며, 전지셀(21)에 면접촉 하도록 단위전지모듈(20)의 적층방향으로 함께 적층될 수 있다. 단위전지모듈(20)은 상술한 바와 같이, 두 개의 전지셀(21)이 포함되어 형성될 수 있으며, 단위전지모듈(20)에 포함되는 전지셀(21)의 수는 여기에 제한되지 않음은 물론이다. 그러나, 냉각효율과 전지모듈(30) 전체의 적층두께를 고려하여 전지셀(21)은 2개를 하나의 단위로 하여 단위전지모듈(20)에 포함되어 적층되는 것이 적절할 것이다. 쿨링플레이트(11)는 열전달을 위한 부재로써, 열전도도가 있는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 열전도도가 있는 금속재질 또는 플라스틱재질로 형성될 수 있으며 그 재질에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 종래 공지의 다양한 물질의 선택, 적용이 가능할 것이다.
쿨링파이프(12)는 쿨링플레이트(11)의 외곽부에 폐회로를 형성하도록 결합될 수 있다. 하나의 입구부와 출구부를 형성하면서 폐루프 구조로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 쿨링파이프(12)는 쿨링플레이트(11)의 외곽부에 테두리를 따라 형성된 결합홈(11a)에 안착되도록 결합될 수 있다. 쿨링플레이트(11)상에 형성된 결합홈(11a)에 쿨링파이프(12)를 결합시킴으로써, 쿨링파이프(12)와 쿨링플레이트(11)의 결합 및 고정을 안정적으로 유지시킬 수 있다. 쿨링플레이트(11)는 그 중앙부와 전지셀(21)이 상호 면접촉 하도록 결합됨으로써 쿨링파이프(12)는 쿨링플레이트(11)의 최외곽에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 쿨링파이프(12)가 쿨링플레이트(11)상에 결합될 때, 그 결합이 와해되거나, 쿨링파이프(12)가 미끄러져 그 위치가 쿨링플레이트(11)상에 고정되지 않으면 전지모듈(30)의 냉각 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있다. 그러므로, 쿨링플레이트(11)상에 쿨링파이프(12)가 안착될 부분에 결합홈(11a)을 형성함으로써 쿨링파이프(12)를 안정적으로 결합하는 것이다. 여기서, 결합홈(11a)은 쿨링파이프(12)의 직경의 1/3 내지 2/3의 깊이로 형성될 수 있다. 쿨링플레이트(11)상에 형성된 결합홈(11a)은 쿨링파이프(12)의 직경 1/3 내지 2/3의 깊이로 형성될 때, 쿨링플레이트(11)의 강성을 유지함과 동시에 쿨링파이프(12)를 쿨링플레이트(11)와의 결합력을 강화시킬 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일실시예에 따른 결합홈(11a)의 형성 깊이의 범위이며, 다양한 실시예가 적용될 수 있음은 물론이다. 여기서, 쿨링파이프(12)는 결합홈(11a)에 브레이즈 용접(braze welding)을 이용하여 결합될 수 있으며, 이외에도 다양한 방법을 이용한 결합이 가능할 것이다.
쿨링파이프(12)는 내부에 냉매가 유동할 수 있도록 중공 형태의 파이프 형상을 갖는다. 냉매로는 종래 공지의 물질이 적용될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 수냉방식의 냉각방식을 사용하기 위해 물을 냉매로 사용할 수 있다. 그러므로 별도의 냉매 주입 없이, 전지모듈(30) 어셈블리가 적용된 디바이스 내의 냉각수 등을 사용하여 냉각장치(10)를 구동할 수 있는 이점이 있다.
상부커버부재(13)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 쿨링플레이트(11) 일면에 쿨링파이프(12)가 결합된 조립체의 상부에서 결합되는 부재이다. 상부커버부재(13)는 쿨링플레이트(11)상에 결합되어 노출된 쿨링파이프(12)를 커버하도록 대응위치에 홈(도면 미도시)이 형성될 수 있다. 따라서, 상부커버부재(13)는 쿨링파이프(12)의 외곽형상에 마주하도록 형성되는 것이 바람직할 것이다. 상부커버부재(13)는 쿨링파이프(12)를 내부에 수용, 커버하여 쿨링파이프(12)를 고정 및 보호할 수 있는 기능을 한다.
하부커버부재(14)는 상부커버부재(13)에 대응되도록, 쿨링플레이트(11)의 타면에 결합될 수 있다. 상부커버부재(13)와 하부커버부재(14)가 결합하여 전지모듈 냉각장치(10)를 형성할 수 있다.
냉매조절부(40)는 쿨링파이프(12)의 입구부와 출구부에 각각 결합될 수 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 냉각장치(10)가 단위전지모듈(20)의 적층면사이에 형성될 때, 쿨링파이프(12)의 입구부 전체를 포함하도록 냉매유입조절부(41)가 결합되고, 쿨링파이프(12) 출구부에도 동일하게 냉매배출조절부(42)를 결합할 수 있다. 냉매조절부(40)를 통해 전지모듈(30)의 냉각속도 및 냉각정도를 제어부(도면 미도시)에서 조절하여 적절하게 전지모듈(30)이 냉각될 수 있도록 제어할 수 있다. 특히, 냉매조절부(40)에 의한 냉매의 유입량이나 배출량의 조절은 냉매가 유동하는 냉매조절부(40)의 통로의 단면적을 조절함으로써 유입 및 배출되는 냉매량을 조절할 수 있으며, 냉매조절부(40)상에 냉매유량 등을 조절하기 위한 Baffle(조절장치; 미도시)을 추가로 구비할 수 있음은 물론이다. 이러한 냉매조절부(40)를 통해 상기 설명한 바와 같이, 전지모듈 어셈블리(1)의 온도상승에 따른 적절한 냉각 시기의 선택 및 냉각의 정도를 적절하게 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 냉각장치(10)가 포함된 전지모듈 어셈블리(1)는, 적어도 하나 이상의 전지셀(21)이 포함되는 단위전지모듈(20)이 복수개 적층되는 전지모듈(30); 및 상기 단위전지모듈(20) 일면에 접촉되도록 상기 전지모듈(30) 사이에 삽입 결합되는 냉각장치(10)를 포함하며, 상기 냉각장치(10)는, 상기 단위전지모듈(20)에 면 접촉되는 쿨링플레이트(11), 상기 쿨링플레이트(11) 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈(11a)이 형성되고, 상기 결합홈(11a)에 안착 되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프(12), 상기 쿨링플레이트(11) 일면에 상기 쿨링파이프(12)를 커버하도록 결합되는 상부커버부재(13) 및 상기 상부커버부재(13)에 대응되며 상기 쿨링플레이트(11) 타면에 결합되는 하부커버부재(14)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리(1)의 각 구성 및 냉각장치(10)는 상기에서 설명한 전지모듈 냉각장치(10)의 대응되는 각 구성과 그 설명이 중복되므로 자세한 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서는 도 5를 참조하여, 전지모듈 어셈블리(1) 전체 구성에 대해 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전지모듈 어셈블리(1)는 전지모듈 냉각장치(10)와 단위전지모듈(20)이 서로 번갈아가며 적층되어 형성된다. 도 5에 도시된 전지모듈 어셈블리(1) 전면에는 냉매조절부(40)와 함께, 냉매유입조절부(41)와 냉매배출조절부(42) 사이에 전면을 커버하도록 사이드커버(60)가 결합될 수 있다. 전지모듈 어셈블리(1) 후면에는 전지모듈(30)과 결합되는 PCB(Printed Circuit Board)어셈블리(도면 미도시)가 내부에 장착, 수용되도록 외부에 또 다른 사이드커버(70)가 결합될 수 있다.
또한, 전지모듈 어셈블리(1) 상부면에 노출되는 단위전지모듈(20)의 전지셀(21)을 보호하기 위해 상부케이스(51)가 결합되고, 상부케이스(51)에 대응되는 전지모듈 어셈블리(1) 하부에 하부케이스(52)가 결합될 수 있다. 상부케이스(51) 및 하부케이스(52)는 전지모듈 어셈블리(1) 장치의 보호 및 이물질의 유입으로부터 발생될 수 있는 전지모듈 어셈블리(1)의 작동오류나 고장을 방지한다. 상부케이스(51) 및 하부케이스(52)의 재질에는 특별한 제한을 두지 않지만, 알루미늄이나 기타 플라스틱 재질 등 다양한 부재의 선택, 적용이 가능할 것이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전지모듈 냉각장치 및 이를 포함하는 전지모듈 어셈블리는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 전지모듈 어셈블리 10: 전지모듈 냉각장치
11: 쿨링플레이트 11a: 결합홈
12: 쿨링파이프 13: 상부커버부재
14: 하부커버부재 20: 단위전지모듈
21: 전지셀 22: 제1 탭부
23: 제2 탭부 24: 파티션부재
25: 패드 30: 전지모듈
40: 냉매조절부 41: 냉매유입조절부
42: 냉매배출조절부 51: 상부케이스
52: 하부케이스 60: 사이드커버
70: 사이드커버

Claims (15)

  1. 적어도 하나 이상이 전지셀이 적층되어 형성되는 단위전지모듈의 일면에 접촉되도록 결합되는 쿨링플레이트;
    상기 쿨링플레이트 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프;
    상기 쿨링플레이트 일면에 상기 쿨링파이프를 커버하도록 결합되는 상부커버부재 및
    상기 상부커버부재에 대응되며 상기 쿨링플레이트 타면에 결합되는 하부커버부재를 포함하는 전지모듈 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링파이프의 냉매의 출입을 위한 입구부와 출구부는 상기 쿨링플레이트의 동일측면상에 나란히 형성되는 전지모듈 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링플레이트에 형성된 상기 결합홈은 상기 쿨링파이프 직경의 1/3 내지 2/3의 깊이의 홈으로 형성되는 전지모듈 냉각장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위전지모듈은 두 개의 전지셀이 적층되어 형성되며, 상기 전지셀 사이에는 파티션부재가 결합되는 전지모듈 냉각장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링플레이트는 상기 단위전지모듈로부터 발생된 열이 전달될 수 있도록 열전도성 물질로 형성되는 전지모듈 냉각장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 파티션부재의 둘레부분에는 결합되는 상기 전지셀의 변형방지를 위한 패드부재가 더 형성되는 전지모듈 냉각장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매량을 조절하기 위해서 상기 쿨링파이프의 상기 입구부 및 출구부에 각각 냉매유입조절부와 냉매배출조절부가 형성되는 전지모듈 냉각장치.
  8. 적어도 하나 이상의 전지셀이 포함되는 단위전지모듈이 복수개 적층되는 전지모듈; 및
    상기 단위전지모듈 일면에 접촉되도록 상기 전지모듈 사이에 삽입 결합되는 냉각장치를 포함하며,
    상기 냉각장치는,
    상기 단위전지모듈에 면 접촉되는 쿨링플레이트;
    상기 쿨링플레이트 일면의 외곽 테두리부를 따라 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 안착되도록 결합되며, 내부가 중공형태로 냉매가 유동할 수 있는 쿨링파이프;
    상기 쿨링플레이트 일면에 상기 쿨링파이프를 커버하도록 결합되는 상부커버부재 및
    상기 상부커버부재에 대응되며 상기 쿨링플레이트 타면에 결합되는 하부커버부재를 포함하는 전지모듈 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 쿨링파이프의 냉매의 출입을 위한 입구부와 출구부는 상기 쿨링플레이트의 동일측면상에 나란히 형성되는 전지모듈 어셈블리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 쿨링플레이트에 형성된 상기 결합홈은 상기 쿨링파이프 직경의 1/3 내지 2/3의 깊이의 홈으로 형성되는 전지모듈 어셈블리.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 단위전지모듈은 두 개의 전지셀이 적층되어 형성되며, 상기 전지셀 사이에는 파티션부재가 결합되는 전지모듈 어셈블리.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 쿨링플레이트는 상기 단위전지모듈로부터 발생된 열이 상기 쿨링플레이트 외곽의 상기 쿨링파이프 쪽으로 전달될 수 있도록 열전도성 물질로 형성되는 전지모듈 어셈블리.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 파티션부재의 둘레부분에는 결합되는 상기 전지셀의 변형 방지를 위한 패드부재가 더 형성되는 전지모듈 어셈블리.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 쿨링파이프 내부에 유동하는 냉매량을 조절하기 위해서 상기 쿨링파이프의 상기 입구부 및 출구부에 각각 냉매유입조절부와 냉매배출조절부 형성되는 전지모듈 어셈블리.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 전지모듈 및 상기 냉각장치를 포함하도록
    상기 전지모듈 일면에 결합되는 상부케이스 및
    상기 상부커버에 대응되며 상기 전지모듈 타면에 결합되는 하부케이스를 더 포함하는 전지모듈 어셈블리.






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