KR20160076121A - 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈 - Google Patents

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Abstract

에너지 저장 유닛의 냉각 모듈은 냉각 케이스 및 냉각수 유로들을 포함할 수 있다. 냉각 케이스는 에너지 저장 유닛의 적어도 하나의 셀을 수용하는 수용 공간을 가질 수 있다. 상기 수용 공간은 상기 셀의 외주면과 접촉된 냉각면을 가질 수 있다. 냉각수 유로들은 상기 냉각 케이스의 내부에 형성될 수 있다. 상기 셀로부터 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 냉각수 유로를 따라 흐를 수 있다. 따라서, 냉각 케이스의 냉각면이 에너지 저장 유닛의 셀들과 접촉하게 되므로, 냉각 케이스의 방열 면적이 크게 확장될 수 있다.

Description

에너지 저장 유닛의 냉각 모듈{COOLING MODULE OF AN ENERGY STORAGE UNIT}
본 발명은 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 건설 기계나 자동차에 구비된 에너지 저장 유닛을 수냉식으로 냉각하기 위한 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 건설 기계나 자동차에 구비된 하이브리드 시스템은 에너지 저장 유닛을 포함할 수 있다. 에너지 저장 유닛은 울트라-캐패시터(ultra-capacitor), 배터리 등을 포함할 수 있다. 에너지 저장 유닛은 충전 및 방전 전류에 의하여 과열되어 고온에서 동작시 기대 사용 수명이 감소하게 되므로, 에너지 저장 유닛의 수명 연장을 위해서 에너지 저장 유닛을 냉각하기 위한 냉각 모듈이 마련될 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 냉각 모듈은 공랭식과 수냉식을 포함할 수 있다. 공랭식 냉각 모듈은 유입 공기의 온도를 크게 낮출 것이 요구될 수 있다. 이를 위해서, 에어컨을 사용할 경우, 매우 큰 용량의 압축기가 요구될 수 있다. 수냉식 냉각 모듈에서는, 냉각수가 제공되는 냉각수 유로를 에너지 저장 유닛의 복수개의 셀들에 각각 연결시키고, 또한 냉각판을 구비할 것이 요구될 수 있다. 발열체인 셀과 냉각판 사이의 방열 구조가 복잡하면, 수냉식 냉각 모듈은 큰 접촉 열저항을 갖게 되고, 이에 따라 기대보다 낮은 낮은 냉각 성능을 갖게 될 수 있다.
본 발명은 우수한 냉각 성능을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈은 냉각 케이스 및 냉각수 유로들을 포함할 수 있다. 냉각 케이스는 에너지 저장 유닛의 적어도 하나의 셀을 수용하는 수용 공간을 가질 수 있다. 상기 수용 공간은 상기 셀의 외주면과 접촉된 냉각면을 가질 수 있다. 냉각수 유로들은 상기 냉각 케이스의 내부에 형성될 수 있다. 상기 셀로부터 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 냉각수 유로를 따라 흐를 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 셀은 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수용 공간의 냉각면은 상기 원통형 셀의 외주면과 접촉하는 곡률을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각 케이스는 상기 셀의 외주면 일부와 접촉하는 제 1 냉각면을 갖는 제 1 냉각 케이스, 및 상기 셀의 외주면 나머지 부분과 적어도 부분적으로 접촉하여 상기 제 1 냉각면과 함께 상기 수용 공간을 형성하는 제 2 냉각면을 갖는 제 2 냉각 케이스를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스와 상기 제 2 냉각 케이스는 동일한 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스와 상기 제 2 냉각 케이스는 볼트로 체결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스는 고정 돌기를 가질 수 있다. 상기 제 2 냉각 케이스는 상기 고정 돌기가 삽입되는 고정홈을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 유로들은 상기 제 1 냉각 케이스에 형성된 제 1 냉각수 유로, 및 상기 제 2 냉각 케이스에 형성된 제 2 냉각수 유로를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각수 유로와 상기 제 2 냉각수 유로는 연결 유로를 매개로 서로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각 케이스는 알루미늄 압출물을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 유로들은 상기 셀의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 유로들을 서로 평행하게 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각 케이스는 상기 냉각수 유로들과 연결된 냉각수 입구와 냉각수 출구를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 입구와 상기 냉각수 출구는 상기 냉각 케이스의 대각선 방향에 위치할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 유로들의 단부들은 상기 냉각 케이스의 측면들을 통해서 노출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 냉각 모듈은 상기 냉각수가 상기 노출된 냉각수 유로들의 단부들을 통해서 유출되지 않도록 상기 냉각수 유로들의 단부들을 선택적으로 차단하여, 상기 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 플러그를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 냉각 모듈은 상기 냉각 케이스와 상기 셀 사이에 개재된 절연 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈은 제 1 냉각 케이스, 제 2 냉각 케이스, 제 1 냉각수 유로, 제 2 냉각수 유로, 플러그 및 절연 패드를 포함할 수 있다. 제 1 냉각 케이스는 에너지 저장 유닛의 복수개의 셀들 각각의 외주면 일부와 접촉하는 제 1 냉각면을 가질 수 있다. 제 2 냉각 케이스는 상기 제 1 냉각 케이스와 결합될 수 있다. 제 2 냉각 케이스는 상기 셀의 외주면 나머지 부분과 적어도 부분적으로 접촉하는 제 2 냉각면을 가질 수 있다. 제 1 냉각수 유로는 상기 제 1 냉각 케이스에 형성되어 냉각수가 흐르고, 상기 제 1 냉각 케이스의 측면을 통해 노출될 수 있다. 제 2 냉각수 유로는 상기 제 2 냉각 케이스에 형성되어 상기 냉각수가 흐르고, 상기 제 2 냉각 케이스의 측면을 통해 노출될 수 있다. 플러그는 상기 냉각수가 상기 노출된 제 1 및 제 2 냉각수 유로들의 단부들을 통해서 유출되지 않도록 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들의 단부들을 선택적으로 차단하여, 상기 냉각수의 흐름을 제어할 수 있다. 절연 패드는 상기 냉각 케이스와 상기 셀 사이에 개재될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 셀들 각각은 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 제 1 냉각면과 상기 제 2 냉각면은 상기 원통형 셀의 외주면과 접촉하는 곡률을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스와 상기 제 2 냉각 케이스는 동일한 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 냉각수 유로와 상기 제 2 냉각수 유로는 연결 유로를 매개로 서로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들은 상기 셀들의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각 케이스들은 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들과 연결된 냉각수 입구와 냉각수 출구를 가질 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 냉각 케이스의 냉각면이 에너지 저장 유닛의 셀들과 접촉하게 되므로, 냉각 케이스의 방열 면적이 크게 확장될 수 있다. 따라서, 에너지 저장 유닛의 셀들로부터 발생된 열을 신속하게 방출시킬 수 있다. 결과적으로, 에너지 저장 유닛의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 냉각 케이스는 압출 방식을 통해서 제작되므로, 다양한 용량의 냉각 모듈을 제작하기가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각 모듈의 제 1 냉각 케이스를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ_ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ_ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 냉각 모듈들을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ_ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 1의 냉각 모듈과 비교예들에 따른 냉각 모듈들의 셀 냉각 성능을 비교해서 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 냉각 모듈의 제 1 냉각 케이스를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ_ 선을 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ_ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈은 냉각 케이스(110)를 포함할 수 있다. 냉각 케이스(110)는 에너지 저장 유닛을 수용할 수 있다. 냉각 케이스(110)는 가스켓(160)을 매개로 커버(162)로 셀(C)에 고정될 수 있다.
본 실시예에서, 에너지 저장 유닛은 하이브리드 시스템용일 수 있다. 하이브리드 시스템용 에너지 저장 유닛은 건설 기계나 자동차의 울트라-캐패시터(ultra-capacitor), 배터리 등을 포함할 수 있다. 에너지 저장 유닛은 수백 W 내지 수 kW의 발열량을 갖는 셀(C)들을 포함할 수 있다. 셀은 원통 형상을 가질 수 있다. 그러나, 셀의 형상은 원통형으로 국한되지 않을 수 있다. 셀(C)은 냉각 케이스(110) 내부에 수평하게 배열된 5개로 이루어질 수 있다. 그러나, 셀(C)의 행열은 특정 수로 제한되지 않을 수 있다. 셀의 수명은 온도가 높을수록 감소할 수 있다. 따라서, 셀의 수명 연장을 위해서는, 셀로부터 발생된 고열을 신속하게 냉각시킬 것이 요구될 수 있다.
냉각 케이스(110)는 셀(C)과 직접적으로 접촉하여 셀(C)로부터 발생된 고열을 신속하게 외부로 방출시킬 수 있다. 즉, 냉각 케이스(110)는 히트 싱크 기능을 가질 수 있다. 절연 패드(130)가 냉각 케이스(110)와 셀(C) 사이에 개재될 수 있다. 절연 패드(130)는 셀(C)과 냉각 케이스(110)를 절연시키면서 셀(C)의 열을 냉각 케이스(110)로 전달하는 기능을 가질 수 있다.
냉각 케이스(110)는 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)를 포함할 수 있다. 제 1 냉각 케이스(112)는 셀(C)의 상부에 배치될 수 있다. 제 2 냉각 케이스(114)는 셀(C)의 하부에 배치될 수 있다. 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)는 볼트(150)로 체결될 수 있다. 볼트(150)는 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)의 가장자리에 수직 방향을 따라 체결될 수 있다.
제 1 냉각 케이스(112)는 원통형 셀(C)의 상부 외주면과 적어도 부분적으로 접촉하는 제 1 냉각면(113)을 가질 수 있다. 제 2 냉각 케이스(114)는 원통형 셀(C)의 하부 외주면과 적어도 부분적으로 접촉하는 제 2 냉각면(115)을 가질 수 있다. 제 1 냉각면(113)과 제 2 냉각면(115) 사이에 셀(C)을 수용하는 공간이 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 냉각면(113)과 제 2 냉각면(115)은 원통형 셀(C)의 곡률과 대응하는 곡률을 가질 수 있다. 즉, 제 1 냉각면(113)과 제 2 냉각면(115)의 형상들은 셀(C)의 형상에 따라 셀(C)과 접촉될 수 있는 형상으로 변경될 수 있다. 다른 실시예로서, 냉각 케이스(110)는 셀(C)과 접촉하는 냉각면을 갖는 하나의 단품으로 이루어질 수도 있다.
제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)는 동일한 형상을 가질 수 있다. 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)는 금속 압출물을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)는 알루미늄 압출물을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)가 압출물이므로, 다양한 용량의 냉각 모듈을 단일 금형으로 제작할 수 있다. 다른 실시예로서, 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)는 서로 다른 형상들을 가질 수도 있다.
냉각수가 흐르는 냉각수 유로가 냉각 케이스(110)에 형성될 수 있다. 냉각수 유로는 제 1 냉각수 유로(122) 및 제 2 냉각수 유로(124)를 포함할 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)는 제 1 냉각 케이스(112)에 형성될 수 있다. 제 2 냉각수 유로(124)는 제 2 냉각 케이스(114)에 형성될 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)는 셀(C)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)는 서로 평행하게 배열될 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)는 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)를 압출 공정을 통해 형성하면서 같이 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114) 중 어느 하나만이 냉각수 유로를 가질 수도 있다. 예를 들어서, 제 1 냉각 케이스(112)만이 제 1 냉각수 유로(122)를 갖고, 제 2 냉각 케이스(114)는 제 2 냉각수 유로(124)를 갖지 않을 수도 있다. 반대로, 제 2 냉각 케이스(114)만이 제 2 냉각수 유로(124)를 갖고, 제 1 냉각 케이스(112)는 제 1 냉각수 유로(122)를 갖지 않을 수도 있다.
제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)는 냉각수 입구(126)와 냉각수 출구(128)에 연결될 수 있다. 냉각수 입구(126)와 냉각수 출구(128)는 냉각 케이스(110)의 대각선 상에 위치할 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)는 연결 유로(129)를 매개로 서로 연결될 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)가 연결 유로(129)를 매개로 서로 연결된 경우, 하나의 냉각수 입구(126)와 하나의 냉각수 출구(128)가 제 1 냉각 케이스(112) 또는 제 2 냉각 케이스(114)에 형성될 수 있다. 반면에, 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)가 연결되지 않은 경우, 하나의 냉각수 입구(126)와 하나의 냉각수 출구(128)가 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114) 각각에 별도로 형성될 수 있다.
제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)의 양측 단부들은 제 1 냉각 케이스(112)와 제 2 냉각 케이스(114)의 양측면들을 통해 노출될 수 있다. 노출된 제 1 냉각수 유로(122)와 제 2 냉각수 유로(124)의 단부들에 플러그(140)가 선택적으로 설치될 수 있다. 또한, 플러그(140)는 냉각수 입구(126)와 냉각수 출구(128)에도 선택적으로 설치될 수 있다. 플러그(140)는 냉각수의 흐름을 차단하므로, 플러그(140)의 배치 위치에 따라 냉각수의 흐름을 적절하게 제어할 수 있다.
도 5를 참조하면, 플러그(140)가 4개의 제 1 냉각수 유로(122)의 양측 단부들 모두에 배치될 수 있다. 따라서, 좌측 하단의 냉각수 입구(126)를 통해 공급된 냉각수는 4개의 제 1 냉각수 유로(122)들을 따라 이동한 이후, 우측 상단의 냉각수 출구(128)를 통해 배출될 수 있다.
도 6을 참조하면, 플러그(140)가 냉각수 입구(126)와 냉각수 출구(128)에 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 냉각수 유로(122)들의 양측 단부들을 모두 노출될 수 있다. 제 1 냉각수 유로(122)들의 하단들을 통해서 냉각수가 유입되고, 냉각수는 제 1 냉각수 유로(122)들 각각을 따라 이동된 이후, 제 1 냉각수 유로(122)들의 상단을 통해 배추될 수 있다.
도 7을 참조하면, 플러그(140)는 냉각수 입구(126)와 최우측 제 1 냉각수 유로(122)의 하단에만 배치되지 않을 수 있다. 즉, 플러그(140)는 최우측 제 1 냉각수 유로(122)의 하단을 제외한 나머지 제 1 냉각수 유로(122)의 양측 단부들 및 냉각수 출구(128)에 배치될 수 있다. 따라서, 냉각수 입구(126)를 통해 유입된 냉각수는 제 1 냉각수 유로(122)들을 순차적으로 통과한 이후, 개방된 최우측 제 1 냉각수 유로(122)의 하단을 통해 배출될 수 있다.
상기된 3가지 냉각수 흐름들 이외에도, 셀(C)을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 다른 여러 가지 냉각수 흐름들도 플러그(140)의 배치 위치를 변경하는 것에 의해서 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 모듈(100a)은 5열 3행의 셀(C)들을 냉각할 수 있다. 셀(C)들은 전력선을 매개로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 1열의 셀(C)마다 하나의 냉각 케이스가 요구되므로, 3열의 셀(C)들을 냉각시키기 위해서 본 실시예의 냉각 모듈(100a)은 3개의 냉각 케이스(110, 110a, 110b)들을 포함할 수 있다. 셀(C)의 행열은 상기된 특정 수에 국한되지 않을 수 있다. 냉각 케이스(110, 110a, 110b)들은 도 3의 냉각 케이스(110)의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 냉각 케이스(110, 110a, 110b)들에 대한 반복 설명은 생략한다.
냉각 케이스(110, 110a, 110b)들은 고정판(154)을 매개로 2개의 볼트(152)들에 의해 체결될 수 있다. 고정판(154)은 냉각 케이스(110, 110a, 110b)들의 측면들에 맞대어질 수 있다. 2개의 볼트(152)들이 수평 방향을 따라 고정판(154)에 체결되는 것에 의해서, 냉각 케이스(110, 110a, 110b)들이 서로 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈을 나타낸 단면도이고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ_ 부위를 확대해서 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 냉각 모듈(100b)은 체결 구조를 제외하고는 도 8의 냉각 모듈(100a)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 중간에 배치된 냉각 케이스(110)는 고정홈(158) 및 고정 돌기(156)를 포함할 수 있다. 고정홈(158)은 냉각 케이스(110)의 상부면에 형성될 수 있다. 고정 돌기(156)는 냉각 케이스(110)의 하부면에 형성될 수 있다.
중간 냉각 케이스(110)의 상부에 위치한 상부 냉각 케이스(110a)는 고정 돌기(156)를 가질 수 있다. 고정 돌기(156)는 상부 냉각 케이스(110a)의 하부면에 형성될 수 있다. 상부 냉각 케이스(110a)의 고정 돌기(156)가 중간 냉각 케이스(110)의 고정홈(158)에 삽입되는 것에 의해서, 상부 냉각 케이스(110a)와 중간 냉각 케이스(110)가 서로 연결될 수 있다.
중간 냉각 케이스(110)의 하부에 위치한 하부 냉각 케이스(110b)는 고정홈(158)을 가질 수 있다. 고정홈(158)은 하부 냉각 케이스(110b)의 상부면에 형성될 수 있다. 중간 냉각 케이스(110)의 고정 돌기(156)가 하부 냉각 케이스(110b)의 슬라이딩 방식으로 고정홈(158)에 삽입되는 것에 의해서, 하부 냉각 케이스(110b)와 중간 냉각 케이스(110)가 서로 연결될 수 있다.
도 12는 도 1의 냉각 모듈과 비교예들에 따른 냉각 모듈들의 셀 냉각 성능을 비교해서 나타낸 그래프이다. 도 12에서, 수평축은 셀에 인가된 전류를 나타내고, 수직축은 셀의 온도를 나타낸다. 도 12에서, 곡선 a는 비접촉식 수냉각 모듈의 냉각 성능을 나타내고, 곡선 b는 공랭식 모듈의 냉각 성능을 나타내며, 곡선 c는 도 1의 냉각 모듈의 냉각 성능을 나타낸다.
도 12에 나타난 바와 같이, 곡선 a가 나타낸 열저항은 0.06, 곡선 b가 나타낸 열저항은 0.04임을 알 수 있다. 반면에, 곡선 c가 나타낸 열저항은 상대적으로 매우 낮은 0.02임을 알 수 있다. 따라서, 도 1의 냉각 모듈이 비교예들에 따른 냉각 모듈보다 상대적으로 우수한 냉각 성능을 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 냉각 케이스의 냉각면이 에너지 저장 유닛의 셀들과 접촉하게 되므로, 냉각 케이스의 방열 면적이 크게 확장될 수 있다. 따라서, 에너지 저장 유닛의 셀들로부터 발생된 열을 신속하게 방출시킬 수 있다. 결과적으로, 에너지 저장 유닛의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 냉각 케이스는 압출 방식을 통해서 제작되므로, 다양한 용량의 냉각 모듈을 제작하기가 용이해질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 냉각 케이스 112 ; 제 1 냉각 케이스
113 ; 제 1 냉각면 114 ; 제 2 냉각 케이스
115 ; 제 2 냉각면 122 ; 제 1 냉각수 유로
124 ; 제 2 냉각수 유로 126 ; 냉각수 입구
128 ; 냉각수 출구 129 ; 연결 유로
130 ; 절연 패드 140 ; 플러그
150 ; 볼트 160 ; 가스켓
162 ; 커버

Claims (20)

  1. 에너지 저장 유닛의 적어도 하나의 셀을 수용하는 수용 공간을 갖고, 상기 셀의 외주면 일부와 접촉하는 제 1 냉각면을 갖는 제 1 냉각 케이스, 및 상기 제 1 냉각 케이스와 결합되고 상기 셀의 외주면 나머지 부분과 적어도 부분적으로 접촉하여 상기 제 1 냉각면과 함께 상기 수용 공간을 형성하는 제 2 냉각면을 갖는 제 2 냉각 케이스를 포함하는 냉각 케이스; 및
    상기 냉각 케이스의 내부에 형성되어, 상기 셀로부터 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 유로들을 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 셀은 원통 형상을 갖고, 상기 수용 공간의 냉각면은 상기 원통형 셀의 외주면과 접촉하는 곡률을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스와 상기 제 2 냉각 케이스는 동일한 형상을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스는 고정 돌기를 갖고, 상기 제 2 냉각 케이스는 상기 고정 돌기가 삽입되는 고정홈을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로들은
    상기 제 1 냉각 케이스에 형성된 제 1 냉각수 유로; 및
    상기 제 2 냉각 케이스에 형성된 제 2 냉각수 유로를 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 냉각수 유로와 상기 제 2 냉각수 유로는 연결 유로를 매개로 서로 연결된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 케이스는 알루미늄 압출물을 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로들은 상기 셀의 길이 방향을 따라 연장된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉각수 유로들을 서로 평행하게 배열된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 케이스는 상기 냉각수 유로들과 연결된 냉각수 입구와 냉각수 출구를 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각수 입구와 상기 냉각수 출구는 상기 냉각 케이스의 대각선 방향에 위치한 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로들의 단부들은 상기 냉각 케이스의 측면들을 통해서 노출된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 냉각수가 상기 노출된 냉각수 유로들의 단부들을 통해서 유출되지 않도록 상기 냉각수 유로들의 단부들을 선택적으로 차단하여, 상기 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 플러그를 더 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 케이스와 상기 셀 사이에 개재된 절연 패드를 더 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  15. 에너지 저장 유닛의 복수개의 셀들 각각의 외주면 일부와 접촉하는 제 1 냉각면을 갖는 제 1 냉각 케이스;
    상기 제 1 냉각 케이스와 결합되고, 상기 셀의 외주면 나머지 부분과 적어도 부분적으로 접촉하는 제 2 냉각면을 갖는 제 2 냉각 케이스;
    상기 제 1 냉각 케이스에 형성되어 냉각수가 흐르고, 상기 제 1 냉각 케이스의 측면을 통해 노출된 제 1 냉각수 유로;
    상기 제 2 냉각 케이스에 형성되어 상기 냉각수가 흐르고, 상기 제 2 냉각 케이스의 측면을 통해 노출된 제 2 냉각수 유로;
    상기 냉각수가 상기 노출된 제 1 및 제 2 냉각수 유로들의 단부들을 통해서 유출되지 않도록 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들의 단부들을 선택적으로 차단하여, 상기 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 플러그; 및
    상기 냉각 케이스와 상기 셀 사이에 개재된 절연 패드를 포함하는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 셀들 각각은 원통 형상을 갖고, 상기 제 1 냉각면과 상기 제 2 냉각면은 상기 원통형 셀의 외주면과 접촉하는 곡률을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 케이스와 상기 제 2 냉각 케이스는 동일한 형상을 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각수 유로와 상기 제 2 냉각수 유로는 연결 유로를 매개로 서로 연결된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들은 상기 셀들의 길이 방향을 따라 연장된 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각 케이스들은 상기 제 1 및 제 2 냉각수 유로들과 연결된 냉각수 입구와 냉각수 출구를 갖는 에너지 저장 유닛의 냉각 모듈.
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