KR20160030724A

KR20160030724A - 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉각장치

Info

Publication number: KR20160030724A
Application number: KR1020140120261A
Authority: KR
Inventors: 김용정
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-21
Also published as: US20160079640A1; CN105428748A; KR102321512B1; CN105428748B

Abstract

본 발명은 수냉식 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉작장치에 관한 것이다.
본 발명의 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉각장치는, 다수개가 적층된 전지셀, 상기 전지셀에 장착되어 상기 전지셀을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어지고, 상기 냉각부는, 냉각수가 유입되는 인렛파이프, 상기 인렛파이프와 상호 이격배치되고, 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 배출되는 아웃렛파이프, 상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프를 상호 연결하고, 내부에 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 수용되어 상기 전지셀로부터 발생된 열을 배출시키는 냉각채널부를 포함하여 이루어지되, 상기 냉각채널부는, 다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치된다.

Description

수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉각장치{WATER-COOLED BATTERY COOLING APPARATUS USING WATER-COOLED BATTERY MODULE}

본 발명은 수냉식 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉작장치에 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 있는 실정이다.

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 현실대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.

일반적으로 하이브리드 차량의 동력원으로는 가솔린 및 디젤로 구동되는 엔진과 보조 동력원으로 모터를 사용하고 있다.

즉, 저속 운전 시는 상기 모터를 동력원으로 하여 주행하고, 일정 속도 이상에서는 동력원을 엔진으로 전환하여 주행하게 된다.

한편, 상기 모터의 구동에 필요한 동력원으로 배터리를 사용하고 있는데, 이러한 배터리는 하이브리드 차량은 물론 전기자동차에서 수명에 중요한 인자로 작용하고 있으므로 이 배터리를 효율적으로 운용하기 위해서는 이에 대한 관리가 철저하게 이루어져야 한다.

특히, 하이브리드 차량 및 전기자동차 등의 모터 구동용 전원으로는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지(RECHARGEABLE BATTERY)를 널리 사용한다.

그리고, 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용될 수 있다.

그런데 종래의 배터리를 장시간 사용할 경우 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 대용량의 배터리의 경우, 충전 또는 방전 시 전류양의 증가에 따라 더 많은 열을 수반하게 되며, 이때 발생한 열이 충분히 제거되지 않는 경우, 배터리의 성능이 저하되거나, 나아가 발화 또는 폭발에 이르기도 한다.

이로 인해, 배터리의 성능을 유지 및 향상시키기 위해서는 배터리의 냉각이 필수적이며, 기존의 배터리 냉각 장치에서는 공냉식이 주로 사용되고 있었다.

그러나, 공냉식의 경우, 냉각팬의 설치 위치에 따라, 입구에서 데워진 공기가 뒤쪽으로 흐르면서 배터리가 균일하게 냉각되지 못하는 문제점을 구조적으로 갖고 있으며, 열전도율이 낮은 공기를 사용한다는 점에서 대용량 배터리에 적용하기에는 한계가 존재한다.

따라서, 최근에는 공냉식의 한계를 극복하기 위하여 수냉식 냉각장치에 관한 연구가 주류를 이루고 있다.

상기 수냉식 냉각장치는 대한민국 공개특허공보 10-2013-0062056호에 나타나 있는 바와 같이 도 1을 참조하면, 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 다수개의 전지셀(10)과, 상기 전지셀(10)들 사이에 각각 개재되어 밀착되며, 상기 전지셀(10)의 전극체(11)보다 넓게 형성되는 방열판(20)과, 냉매 파이프(21)들의 유입구(22)에 연결되어 일측에 유입관(31)이 형성되는 입구 매니폴드(30) 및 상기 냉매 파이프(21)들의 배출구(23)에 연결되어 일측에 배출관(41)이 형성되는 출구 매니폴드(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 종래의 수냉식 냉각장치는 나란하게 적층되는 다수개의 상기 전지셀(10)들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 상기 방열판(20)의 테두리부에 상기 냉매 파이프(21)가 일체형으로 형성됨으로써, 상기 방열판(20)과 상기 냉매 파이프(21)가 접촉되는 부분의 열전도도가 향상되어 상기 전지셀(10)들의 냉각 효율이 높아지는 장점이 있다.

그러나 위와 같은 수냉식 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 냉매 파이프(21)가 상기 전지셀(10)의 둘레에 둘러져 배치됨으로써, 상기 냉매 파이프(21)와 상기 전지셀(10)의 상호 닿는 면적이 적다.

이로 인해, 상기 냉매 파이프(21)가 상기 전지셀(10)의 둘레에 적은 면적으로만 접함으로써, 상기 전지셀(10)을 효율적으로 냉각시키는데 한계가 있고, 특히, 상기 냉매 파이프(21)와 접촉되지 않은 상기 전지셀(10)의 면 부분까지 효율적으로 냉각시키기가 어려웠다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전지셀과 냉각장치의 접하는 면적을 넓혀 전지셀의 냉각효율을 높일 수 있는 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수냉식 배터리모듈 및 이를 이용한 수냉식 배터리 냉각장치는, 다수개가 적층된 전지셀, 상기 전지셀에 장착되어 상기 전지셀을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어지고, 상기 냉각부는, 냉각수가 유입되는 인렛파이프, 상기 인렛파이프와 상호 이격배치되고, 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 배출되는 아웃렛파이프, 상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프를 상호 연결하고, 내부에 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 수용되어 상기 전지셀로부터 발생된 열을 배출시키는 냉각채널부를 포함하여 이루어지되, 상기 냉각채널부는, 다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치된다.

상기 냉각채널부는, 다수개의 평판형상으로 이루어져 상기 전지셀 사이에서 상호 평행하게 배치되고, 상기 인렛파이프 또는 상기 아웃렛파이프에 결합되는 직선채널부, 곡면형상으로 이루어져 상기 전지셀의 외곽에서 상호 이격된 상기 직선채널부를 상호 연결하는 곡선채널부를 포함하여 이루어진다.

상기 냉각채널부의 내부에는 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부 형성되되, 상기 유로가이드부는 다수개가 상호 이격되어 냉각수유로를 형성한다.

상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프는, 일단이 밀폐되고, 타단이 외부와 연통되되, 상기 인렛파이프의 외주면에는 어느 하나의 상기 직선채널부가 결합되어 냉각수를 상기 냉각채널부로 유입시키는 유입결합부가 돌출형성되고, 상기 아웃렛파이프 외주면에는 또 다른 하나의 직선채널부가 결합되어 상기 냉각채널부의 냉각수를 배출시키는 배출결합부가 돌출형성된다.

내부에 수용공간이 형성되어 상기 전지셀과 상기 냉각부를 감싸는 하우징을 더 포함하여 이루어지되, 상기 하우징은, 상기 전지셀의 상부에 배치되는 상부하우징, 상기 전지셀의 하부에 배치되어 상기 상부하우징과 상호 결합되는 하부하우징을 포함하여 이루어진다.

제1수냉식 배터리모듈, 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상호 평행하게 배치된 제2수냉식 배터리모듈로 이루어진 수냉식 배터리모듈, 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈을 상호 결합시키는 결합부재, 상기 수냉식 배터리모듈로 냉각수를 유입시키는 유입매니폴드, 상기 유입매니폴드와 상호 이격배치되고, 상기 수냉식 배터리모듈의 냉각수를 배출시키는 배출매니폴드;를 포함하여 이루어지되, 상기 수냉식 배터리모듈은, 다수개가 적층된 전지셀, 상기 전지셀에 장착되어 상기 전지셀을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어지고, 상기 냉각부는, 냉각수가 유입되는 인렛파이프, 상기 인렛파이프와 상호 이격배치되고, 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 배출되는 아웃렛파이프, 상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프를 상호 연결하고, 내부에 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 수용되어 상기 전지셀로부터 발생된 열을 배출시키는 냉각채널부를 포함하여 이루어지며, 상기 냉각채널부는, 다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치된다.

상기 제1수냉식 배터리모듈의 일면과 상기 제2수냉식 배터리모듈의 타면은 상호 면접촉하고, 상기 결합부재는, 상기 제1수냉식 배터리모듈의 타면과 상기 제2수냉식 배터리모듈의 일면에 면접촉하는 한 쌍의 엔드플레이트, 상기 한 쌍의 상기 엔드플레이트를 상호 연결하여 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈을 밀착 고정시키는 고정부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.

본 발명에 의하면, 상기 냉각채널부가 다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치됨으로써, 상기 냉각채널부와 상기 전지셀에 접하는 면적이 넓어져 상기 전지셀로부터 발생된 열을 효율적으로 흡수할 수 있다.

이로 인해, 상기 배터리모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 냉각채널부가 상기 전지셀 사이에 상호 평행하게 배치되는 상기 직선채널부 및 상기 직선채널부를 상호 연결하는 상기 곡선채널부를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 전지셀 사이에 상호 평행하게 배치된 상기 직선채널부에 의해 상기 전지셀로부터 발생된 열을 효율적으로 흡수할 수 있다.

상기 냉각채널부의 내부에 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부가 형성됨으로써, 상기 냉각채널부 내부의 냉각수가 상기 유로가이드부를 따라 골고루 유동할 수 있다.

상기 인렛파이프에 유입결합부가 돌출형성되고, 상기 아웃렛파이프에 배출결합부가 돌출형성됨으로써, 상기 유입결합부를 통해 냉각수를 상기 냉각채널부로 용이하게 유입시킬 수 있고, 상기 배출결합부를 통해 냉각수를 상기 냉각채널로부터 용이하게 배출시킬 수 있다.

상기 전지셀의 상부에 상부하우징이 배치되고, 상기 전지셀의 하부에 상기 하부하우징이 배치됨으로써, 외력으로부터 상기 전지셀 및 상기 냉각부를 용이하게 보호할 수 있다.

상기 결합부재가 상기 제1수냉식 배터리모듈 및 상기 제2수냉식 배터리모듈과 면접촉하는 한 쌍의 엔드플레이트와, 한 쌍의 상기 엔드플레이트를 상호 연결하는 상기 고정부재를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 한 쌍의 엔드플레이트 및 상기 고정부재의 결합에 의해 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈을 상호 용이하게 고정시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 냉각장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈을 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈의 냉각부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각패널부의 유로가이드부를 나타낸 저면사시도이다.
도 8은 본발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나태난 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나타낸 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나타낸 분해사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈을 나타낸 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리모듈의 냉각부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 A-A'를 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 B-B'를 따라 절단한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각패널부의 유로가이드부를 나타낸 저면사시도이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 수냉식 배터리모듈(100)은 전지셀(110)과, 냉각부(120)와, 하우징(160)을 포함하여 이루어진다.

상기 전지셀(110)은 판 형상으로 이루어지고, 다수개가 일단 방향으로 적층된 것으로서, 상호 이웃하는 면이 서로 대면하도록 적층된다.

여기서, 다수개로 이루어진 상기 전지셀(110)의 일부는 상호 이격되어 배치되고 일부는 상호 면접촉하여 배치된다.

이로 인해, 이격된 상기 전지셀(110) 사이로 상기 냉각부(120)가 용이하게 배치될 수 있다.

상기 냉각부(120)는 다수개로 이루어진 상기 전지셀(110)에 장착되어 충전 또는 방전 시 전류양의 따라 발생된 상기 전지셀(110)의 열을 냉각시키는 것으로서 인렛파이프(130)와, 아웃렛파이프(140)와, 냉각채널부(150)를 포함하여 이루어진다.

상기 인렛파이프(130)는 바람직하게는 상기 전지셀(110)의 하부에서 도 2 및 도 3에 도시된 X축 방향으로 연장형성되고, 일단이 밀폐되며 타단에는 외부와 연통되는 제1유입구(131)가 형성된 것으로서, 상기 제1유입구(131)를 통해 상기 전지셀(110)을 냉각시키는 냉각수가 유입된다.

이러한 인렛파이프(130)에는 유입결합부(132)가 돌출형성된다.

상기 유입결합부(132)는 상기 인렛파이프(130)의 외주면으로부터 상기 전지셀(110) 방향으로 돌출형성되고, 바람직하게는 도 2와 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 X축 방향으로 다수개가 상호 이격배치되어 상기 인렛파이프(130)의 내부와 서로 연통된다.

이러한 상기 유입결합부(132)는 상기 냉각채널부(150)와 결합되어 상기 제1유입구(131)로부터 유입된 냉각수를 상기 냉각채널부(150)로 유입시킨다.

상기 아웃렛파이프(140)는 바람직하게는 상기 전지셀(110)의 하부에서 상기 인렛파이프(130)와 상호 이격되어 도 2 및 도 3에 도시된 X축 방향으로 연장형성되고, 일단이 밀폐되며 타단에는 외부와 연통되는 제1배출구(141)가 형성된 것으로서, 상기 인렛파이프(130)로부터 유입된 냉각수가 상기 제1배출구(141)를 통해 배출된다.

이러한 아웃렛파이프(140)에는 배출결합부(142)가 돌출형성된다.

상기 배출결합부(142)는 상기 아웃렛파이프(140)의 외주면으로부터 상기 전지셀(110) 방향으로 돌출형성되고, 바람직하게는 도 2와 도 3 및 도 6에 도시된 X축 방향으로 다수개가 상호 이격배치되어 상기 아웃렛파이프(140)의 내부와 서로 연통된다.

이러한 상기 배출결합부(142)는 상기 냉각채널부(150)와 결합되어 상기 냉각채널부(150)의 냉각수를 상기 아웃렛파이프(140)의 내부로 배출한다.

상기 냉각채널부(150)는 충전 또는 방전 시 발생된 상기 전지셀(110)의 열을 흡수하는 것으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 X축 방향으로 상기 전지셀(110)이 슬라이딩되어 결합된다.

상기 냉각채널부(150)는 상기 인렛파이프(130)의 유입결합부(132) 및 상기 아웃렛파이프(140)의 배출결합부(142)와 결합되어 상기 인렛파이프(130)와 상기 아웃렛파이프(140)를 상호 연결한다.

이를 위해, 상기 냉각채널부(150)는 다수개로 형성된 상기 유입결합부(132) 및 배출결합부(142)와 대응되는 갯수로 이루어짐이 바람직하다.

상기 냉각채널부(150)는 상술한 바와 같이 다수개로 이루어져 상호 이격된 상기 전지셀(110) 사이에서 상기 전지셀(110)과 면접촉하면서 평행하게 배치된다.

또한, 상기 냉각채널부(150)의 내부에는 상기 인렛파이프(130)로부터 유입된 냉각수가 수용된다.

따라서, 냉각수가 수용된 상기 냉각채널부(150)가 상기 전지셀(110)에 면접촉함으로써, 상기 전지셀(110)의 충전 또는 방전시 발생하는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

여기서, 상기 냉각채널부(150)는 상기 전지셀(110)에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 알루미늄 합금, 구리와 같은 열 전도성이 우수한 소재로 이루어짐이 바람직하다.

이러한 상기 냉각채널부(150)는 직선채널부(151)와, 곡선채널부(152)와, 유로가이드부(153)를 포함하여 이루어진다.

상기 직선채널부(151)는 다수개의 평판형상으로 이루어져 상호 이격배치된 일부 상기 전지셀(110) 사이에 상호 평행하게 배치되는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 상기 직선채널부(151) 중 어느 하나의 일단은 상기 유입결합부(132)에 결합되고, 또 다른 하나의 일단은 상기 배출결합부(142)에 결합된다.

이를 위해, 상기 직선채널부(151)의 단면적은 상기 유입결합부(132) 및 상기 배출결합부(142)의 단면적과 동일한 크기로 형성된다.

이로 인해, 상기 냉각채널부(150)는 상기 유입결합부(132) 및 상기 배출결합부(142)와 용이하게 결합될 수 있고, 상기 유입결합부(132)로부터 유입된 냉각수는 상기 냉각채널부(150)를 관통하여 상기 배출결합부(142)로 용이하게 배출될 수 있다.

여기서, 상기 직선채널부(151) 사이에 배치되는 상기 전지셀(110)은 바람직하게는 2개 이하가 배치됨이 바람직하다.

만약 2개의 상기 직선채널부(151) 사이에 배치되는 상기 전지셀(110)이 3개 이상일 경우, 2개의 상기 직선채널부(151)에 각각 면접촉하는 2개의 전지셀(110)과, 상기 직선채널부(151)에 각각 면접촉하는 상기 2개의 전지셀(110) 사이에 상기 직선채널부(151)와 접하지 않는 전지셀(110)이 생기게 된다.

이로 인해, 상기 직선채널부(151)와 각각 면접촉하는 2개의 전지셀(110) 사이에 배치된 전지셀(110)은 상기 직선채널부(151)과 직접적으로 접하지 못하여 냉각효율이 떨어지게 된다.

따라서, 상기 전지셀(110)의 냉각효율을 높이기 위해서는 상술한 바와 같이 2개의 상기 직선채널부(151) 사이에 배치되는 상기 전지셀(110)은 최소 2개 이하로 배치됨이 바람직하다.

상기 곡선채널부(152)는 상기 전지셀(110)의 외곽에서 곡면형상으로 이루어지고, 상호 이격된 상기 직선채널부(151)를 상호 연결한다.

상기 곡선채널부(152)는 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 직선채널부(151)가 2개로 이루어진 경우, 상기 유입결합부(132) 및 상기 배출결합부(142)와 결합되는 상기 직선채널부(151) 일단의 반대방향인 타단에 배치된다.

그리고, 상기 곡선채널부(152)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 직선채널부(151)가 다수개로 이루어진 경우, 상기 직선채널부(151)의 타단에서부터 지그재그형상으로 교차되어 배치된다.

이로 인해, 냉각수가 상기 냉각채널부(150)에 골고루 수용되어 상기 전지셀(110)의 냉각효율을 높일 수 있다.

상기 유로가이드부(153)는 상기 냉각채널부(150)의 내부에 배치되는 격벽으로서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 다수개가 상호 이격되어 냉각수가 흐르는 냉각수유로(154)를 형성한다.

상기 유로가이드부(153)는 상기 직선채널부(151)의 내부에서 부터 상기 곡선채널부(152)까지 가로질러 형성된다.

이로 인해, 냉각수는 상기 전지셀(110) 사이에 배치되어 상기 전지셀(110)과 면접촉하는 상기 유로가이드부(153)를 따라 흐르면서 상기 전지셀(110)의 충전 또는 방전시 발생하는 열을 흡수한다.

따라서, 본 발명의 상기 유로가이드부(153)는 최적의 냉각 효율을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.

여기서, 도면에는 유입결합부(132) 및 상기 배출결합부(142)와 상기 냉각채널부(150)가 각각 다수개로 이루어진 것으로 도시하였으나, 상기 냉각채널부(150)가 상기 인렛파이프(130) 및 상기 아웃렛파이프(140)와 용이하게 연결되고, 상기 전지셀(110)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다면, 상기 유입결합부(132) 및 상기 배출결합부(142)와 상기 냉각채널부(150)가 각각 1개로 이루어지고, 도 2 및 도 3에 도시된 X축 방향의 단면적 길이가 상기 인렛파이프(130)와 아웃렛파이프(140)의 길이와 근접한 길이로 형성됨도 가능하다.

이로 인해, 상기 전지셀(110)과 면접촉하는 상기 직선채널부(151)의 면적이 상기 전지셀(110)의 면적과 근접한 면적으로 이루어짐으로써, 상기 유로가이드부(153)를 따라 상기 직선채널부(151)의 내부에 흐르는 냉각수가 상기 전지셀(110)에 골고루 접하여 상기 전지셀(110)의 충전 또는 방전시 발생하는 열을 효율적으로 흡수할 수 있다.

상기 하우징(160)은 내부에 수용공간이 형성되어 상기 전지셀(110)과 상기 냉각부(120)를 감싸는 것으로서, 상부하우징(161)과, 하부하우징(162)을 포함하여 이루어진다.

상기 상부하우징(161) 및 하부하우징(162)은 'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 상기 상부하우징(161)은 상기 전지셀(110)의 상부에 배치되며, 상기 하부하우징(162)은 상기 전지셀(110)의 하부에 배치된다.

이로 인해, 상기 하우징(160)은 외력으로부터 상기 전지셀(110) 및 상기 냉각부(120)를 용이하게 보호할 수 있다.

여기서, 상기 상부하우징(161)과 하부하우징(162)은 상기 전지셀(110)의 상부와 하부에 배치되면서 상기 전지셀(110)에 각각 슬라이딩 방식으로 결합됨이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 다양한 방법으로도 결합될 수 있다.

여기서, 상기 수냉식 배터리모듈(100)은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 1개로 이루어질 수도 있지만, 본 발명에서는 이에 한정하지 않고 차량의 크기 및 사양에 따라 상기 수냉식 배터리모듈(100)을 다수개로 이루어져 서로 조립될 수 있다.

이하에서는 상기 수냉식 배터리모듈(100)이 다수개로 이루어진 수냉식 배터리 냉각장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

그러나, 이하에서는 상기 수냉식 배터리모듈(100)을 설명함에 있어서, 전술한 수냉식 배터리모듈(100)의 구성과 동일한 구성은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 8은 본발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나태난 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나타낸 측면도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 배터리 냉각장치를 나타낸 분해사시도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 수냉식 배터리 냉각장치는 바람직하게는 차량의 내부에 장착되는 구조로 이루어진 것으로서, 다수개의 상기 수냉식 배터리모듈(100)과, 결합부재(200)와, 유입매니폴드(300)와, 배출매니폴드(400)를 포함하여 이루어진다.

상기 수냉식 배터리모듈(100)은 제1수냉식 배터리모듈(100')과 제2수냉식 배터리모듈(100")이 상호 평행하게 배치되어 이루어진 것으로서, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')의 일면과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")의 타면이 상호 면접촉하여 이루어진다.

여기서, 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")은 그 갯수를 한정하지 않고 차량의 크기 및 사양에 따라 다수개가 적층하여 배치될 수 있다.

그러나, 이하에서는 본 발명의 수냉식 배터리냉각장치의 이해를 돕기 위해, 상기 수냉식 배터리모듈(100)은 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")로 구성된 것으로 설명한다.

또한, 상기 제1수냉식 배터리모듈(100') 및 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")은 상술한 상기 수냉식 배터리모듈(100)과 구성과 동일한 바, 본 발명의 요지를 흐르지 않기 위해 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 결합부재(200)는 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")을 상호 결합시키는 것으로서, 엔드플레이트(210)와, 고정부재(220)를 포함하여 이루어진다.

상기 엔드플레이트(210)는 한 쌍으로 이루어진 것으로서, 한 쌍의 엔드플레이트(210) 사이에 상기 수냉식 배터리모듈(100)이 배치된다.

더욱 상세하게는 한 쌍의 상기 엔드플레이트(210) 중 어느 하나는 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')의 타면과 면접촉하고, 한 쌍의 상기 엔드플레이트(210) 중 또 다른 하나는 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")의 일면에 면접촉하여 배치된다.

이로 인해, 한 쌍의 상기 엔드플레이트(210)는 상기 제1수냉식 배터리 모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")이 상호 적층된 상기 수냉식 배터리모듈(100)의 양 끝단에 배치되어 상기 수냉식 배터리모듈(100)을 내부 방향으로 지지할 수 있다.

상기 고정부재(220)는 상기 한 쌍의 상기 엔드플레이트(210)를 상호 연결하여 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")을 밀착 고정시킨다.

이로 인해, 도 9에 도시된 바와 같이 다수개의 상기 전지셀(110)이 팽창과 수축에 의해서 수평방향으로 더 연장되지 않도록 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")을 용이하게 압축 고정시킬 수 있다.

여기서, 상기 엔드플레이트(210)와 상기 고정부재(220)는 상호 볼트, 너트 등의 부재에 의하여 체결됨이 바람직하다.

상기 유입매니폴드(300)는 도 10에 도시된 바와 같이 외부로부터 유입된 냉각수를 다수개로 이루어진 상기 유입결합부(132)에 분배하는 것으로서, 상기 인렛파이프(130)의 제1유입구(131)가 형성된 위치에서 도면에 도시된 Y축 방향으로 연장형성되고, 일단이 밀폐되며 타단에는 외부와 연통되는 제2유입구(310)가 형성된다.

그리고, 상기 제2유입구(310)를 통해 상기 전지셀(110)을 냉각시키는 냉각수가 유입된다.

이러한 인렛파이프(130)에는 유입관(320)이 돌출형성된다.

상기 유입관(320)은 상기 유입매니폴드(300)의 외주면으로부터 상기 유입결합부(132)와 대응되게 다수개가 돌출형성된다.

상기 유입관(320)은 상기 유입매니폴드(300)의 내부와 서로 연통되는 것으로서, 상기 유입결합부(132)와 결합되어 상기 제2유입구(310)로부터 유입된 냉각수를 상기 인렛파이프(130)로 유입시킨다.

상기 배출매니폴드(400)는 도 10에 도시된 바와 같이 다수개로 이루어진 상기 배출결합부(142)로부터 배출되는 냉각수를 전달받아 하나의 관을 통해 외부로 배출시키는 것으로서, 바람직하게는 상기 유입매니폴드(300)와 이격되어 상기 아웃렛파이프(140)의 제1배출구(141)가 형성된 위치에서 도면에 도시된 Y축 방향으로 연장형성되고, 일단이 밀폐되며 타단에는 외부와 연통되는 제2배출구(410)가 형성된다.

그리고, 상기 제2배출구(410)는 상기 냉각채널로부터 유입된 냉각수를 외부로 배출된다.

이러한 상기 배출매니폴드(400)에는 배출관(420)이 돌출형성된다.

상기 배출관(420)은 상기 배출매니폴드(400)의 외주면으로부터 상기 배출결합부(142)와 대응되게 다수개가 돌출형성된다.

상기 배출관(420)은 상기 배출매니폴드(400)의 내부와 서로 연통되는 것으로서, 상기 배출결합부(142)와 결합되어 상기 배출결합부(142)로부터 유입된 냉각수를 상기 배출매니폴드(400)의 내부로 배출한다.

여기서, 상기 아웃렛파이프(140)의 상기 제2유입구(310) 및 상기 인렛파이프(130)의 상기 제2배출구(410)는 서로 동일한 방향으로 배치됨도 가능하지만, 도면에 도시된 바와 같이 상기 인렛파이프(130)의 타단과 상기 아웃렛파이프(140)의 타단은 서로 반대방향으로 배치됨이 더욱 바람직하다.

따라서, 상기 인렛파이프(130)의 제1유입구(131)에 결합되는 상기 유입매니폴드(300)와 상기 아웃렛파이프(140)의 제1배출구(141)에 결합되는 배출매니폴드(400)가 서로 겹치는 위치에 배치되는 것을 저지하고, 상기 유입매니폴드(300) 및 상기 배출매니폴드(400)의 배치구조가 복잡해지는 것을 저지할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 수냉식 배터리 냉각장치는 상기 냉각채널부(150)가 다수개로 이루어진 상기 전지셀(110)의 사이에서 상기 전지셀(110)과 면접촉하면서 평행하게 배치됨으로써, 상기 전지셀(110)로부터 발생된 열을 효율적으로 흡수할 수 있다.

이로 인해, 상기 배터리모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 상기 인렛파이프(130)에 유입결합부(132)가 돌출형성되고, 상기 아웃렛파이프(140)에 배출결합부(142)가 돌출형성됨으로써, 상기 유입결합부(132)를 통해 냉각수를 상기 냉각채널부(150)로 용이하게 유입시킬 수 있고, 상기 배출결합부(142)를 통해 냉각수를 상기 냉각채널로부터 용이하게 배출시킬 수 있다.

그리고, 상기 결합부재(200)가 상기 제1수냉식 배터리모듈(100') 및 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")과 면접촉하는 한 쌍의 엔드플레이트(210)와, 한 쌍의 상기 엔드플레이트(210)를 상호 연결하는 상기 고정부재(220)를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 한 쌍의 엔드플레이트(210) 및 상기 고정부재(220)의 결합에 의해 상기 제1수냉식 배터리모듈(100')과 상기 제2수냉식 배터리모듈(100")을 상호 용이하게 고정시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100: 수냉식 배터리모듈, 100': 제1수냉식 배터리모듈, 100": 제2수냉식 배터리모듈
110: 전지셀
120: 냉각부, 130: 인렛파이프, 131: 제1유입구, 132: 유입결합부, 140: 아웃렛파이프, 141: 제1배출구, 142: 배출결합부, 150: 냉각채널부, 151: 직선채널부, 152: 곡선채널부, 153: 유로가이드부, 154: 냉각수유로
160: 하우징, 161: 상부하우징, 162: 하부하우징
200: 결합부재, 210: 엔드플레이트, 220: 고정부재
300: 유입매니폴드, 310: 제2유입구, 320: 유입관
400: 배출매니폴드, 410: 제2배출구, 420: 배출관

Claims

다수개가 적층된 전지셀;
상기 전지셀에 장착되어 상기 전지셀을 냉각시키는 냉각부;를 포함하여 이루어지고,
상기 냉각부는,
냉각수가 유입되는 인렛파이프;
상기 인렛파이프와 상호 이격배치되고, 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 배출되는 아웃렛파이프;
상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프를 상호 연결하고, 내부에 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 수용되어 상기 전지셀로부터 발생된 열을 배출시키는 냉각채널부;를 포함하여 이루어지되,
상기 냉각채널부는,
다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각채널부는,
다수개의 평판형상으로 이루어져 상기 전지셀 사이에서 상호 평행하게 배치되고, 상기 인렛파이프 또는 상기 아웃렛파이프에 결합되는 직선채널부;
곡면형상으로 이루어져 상기 전지셀의 외곽에서 상호 이격된 상기 직선채널부를 상호 연결하는 곡선채널부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각채널부의 내부에는 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부 형성되되,
상기 유로가이드부는 다수개가 상호 이격되어 냉각수유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프는,
일단이 밀폐되고, 타단이 외부와 연통되되,
상기 인렛파이프의 외주면에는 어느 하나의 상기 직선채널부가 결합되어 냉각수를 상기 냉각채널부로 유입시키는 유입결합부가 돌출형성되고,
상기 아웃렛파이프 외주면에는 또 다른 하나의 직선채널부가 결합되어 상기 냉각채널부의 냉각수를 배출시키는 배출결합부가 돌출형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리모듈.
청구항 1에 있어서,
내부에 수용공간이 형성되어 상기 전지셀과 상기 냉각부를 감싸는 하우징;을 더 포함하여 이루어지되,
상기 하우징은,
상기 전지셀의 상부에 배치되는 상부하우징;
상기 전지셀의 하부에 배치되어 상기 상부하우징과 상호 결합되는 하부하우징;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리모듈.
제1수냉식 배터리모듈, 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상호 평행하게 배치된 제2수냉식 배터리모듈로 이루어진 수냉식 배터리모듈;
상기 제1수냉식 배터리모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈을 상호 결합시키는 결합부재;
상기 수냉식 배터리모듈로 냉각수를 유입시키는 유입매니폴드;
상기 유입매니폴드와 상호 이격배치되고, 상기 수냉식 배터리모듈의 냉각수를 배출시키는 배출매니폴드;를 포함하여 이루어지되,
상기 수냉식 배터리모듈은,
다수개가 적층된 전지셀;
상기 전지셀에 장착되어 상기 전지셀을 냉각시키는 냉각부;를 포함하여 이루어지고,
상기 냉각부는,
냉각수가 유입되는 인렛파이프;
상기 인렛파이프와 상호 이격배치되고, 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 배출되는 아웃렛파이프;
상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프를 상호 연결하고, 내부에 상기 인렛파이프로부터 유입된 냉각수가 수용되어 상기 전지셀로부터 발생된 열을 배출시키는 냉각채널부;를 포함하여 이루어지며,
상기 냉각채널부는,
다수개로 이루어진 상기 전지셀의 사이에서 상기 전지셀과 면접촉하면서 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 6에 있어서,
상기 냉각채널부는,
다수개의 평판형상으로 이루어져 상기 전지셀 사이에서 상호 평행하게 배치되고, 상기 인렛파이프 또는 아웃렛파이프에 결합되는 직선채널부;
곡면형상으로 이루어져 상기 전지셀의 외곽에서 상호 이격된 직선채널부를 상호 연결하는 곡선채널부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각채널부의 내부에는 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부 형성되되,
상기 유로가이드부는 다수개가 상호 이격되어 냉각수유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 7에 있어서,
상기 인렛파이프와 상기 아웃렛파이프는,
일단이 밀폐되고, 타단이 외부와 연통되되,
상기 인렛파이프의 외주면에는 어느 하나의 상기 직선채널부가 결합되어 냉각수를 상기 냉각채널부로 유입시키는 유입결합부가 돌출형성되고,
상기 아웃렛파이프 외주면에는 또 다른 하나의 직선채널부가 결합되어 상기 냉각채널부의 냉각수를 배출시키는 배출결합부가 돌출형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 7에 있어서,
상기 유입매니폴드에는 상기 인렛파이프의 타단과 결합되어 상기 인렛파이프로 냉각수를 유입시키는 다수개의 유입관이 형성되고,
상기 배출매니폴드에는 상기 아웃렛파이프의 타단과 결합되어 상기 수냉식 배터리모듈의 냉각수를 배출시키는 다수개의 배출관이 형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수냉식 배터리모듈은,
내부에 수용공간이 형성되어 상기 전지셀과 상기 냉각부를 감싸는 하우징;을 더 포함하여 이루어지되,
상기 하우징은,
상기 전지셀의 상부에 배치되는 상부하우징;
상기 전지셀의 하부에 배치되어 상기 상부하우징과 상호 결합되는 하부하우징;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제1수냉식 배터리모듈의 일면과 상기 제2수냉식 배터리모듈의 타면은 상호 면접촉하고,
상기 결합부재는,
상기 제1수냉식 배터리모듈의 타면과 상기 제2수냉식 배터리모듈의 일면에 면접촉하는 한 쌍의 엔드플레이트;
상기 한 쌍의 상기 엔드플레이트를 상호 연결하여 상기 제1수냉식 배터리모듈과 상기 제2수냉식 배터리모듈을 밀착 고정시키는 고정부재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수냉식 배터리 냉각장치.