KR20160078044A - 배터리 모듈 패키지 - Google Patents

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KR20160078044A
KR20160078044A KR1020140188672A KR20140188672A KR20160078044A KR 20160078044 A KR20160078044 A KR 20160078044A KR 1020140188672 A KR1020140188672 A KR 1020140188672A KR 20140188672 A KR20140188672 A KR 20140188672A KR 20160078044 A KR20160078044 A KR 20160078044A
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김진광
박종원
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타이코에이엠피 주식회사
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Abstract

냉각 효율을 향상시키고 구조를 간소화할 수 있는 배터리 모듈 패키지가 개시된다. 배터리 모듈 패키지는, 일측에 냉매를 내부로 유입시키는 유입구가 형성되고, 타측에서 상기 유입구의 연장선에서 벗어난 위치에 형성되며 상기 냉매를 외부로 배출시키는 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 다수의 열로 배치되는 다수의 배터리 모듈 및 상기 하우징 내부에 구비되어서 상기 냉매의 유동을 전환 및 분기시키는 다수의 가이드 베인을 포함하는 가이드부를 포함하여 구성된다.

Description

배터리 모듈 패키지{BATTERY MODULE PACKAGE}
본 발명은 배터리 모듈 패키지에 관한 것으로, 냉각 효율을 향상시키고 구조를 간소화할 수 있는 배터리 모듈 패키지를 제공하기 위한 것이다.
이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 하이브리드 전기 자동차 등의 에너지원으로도 주목 받고 있다. 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다. 이차전지는 고출력과 대용량을 만족시키기 위해서, 소형의 단위전지 셀(unit cell, 이하, '셀'이라 함)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 배터리 모듈 패키지(battery module package)가 사용되고 있다. 배터리 모듈 패키지는 셀이 높은 밀집도로 적층될 수 있고, 공간의 활용성을 높이기 위해서 각형 또는 파우치형 셀이 사용되고 있다.
한국공개특허 제10-2007-0013455호에는 이차전지 모듈 패키지가 개시된다. 이차전지 모듈 패키지는, 다수 개의 단위 전지를 적층 배열하여 이루어지는 적어도 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 내장시키고 온도 제어용 냉매를 유통시키는 하우징을 포함하고, 상기 전지 집합체는 상기 하우징의 길이 방향을 따라 배치되고, 상기 하우징은 상기 냉매가 상기 전지 집합체의 상측에서 상기 하우징의 길이 방향을 따라 진행하면서 상기 전지 집합체의 각 단위 전지 사이를 통과하여 상기 하우징의 내벽 쪽으로 배출되는 구조로 이루어진다.
그러나 이러한 종래의 배터리 모듈 패키지의 내부를 흐르는 냉매는, 저항이 낮은 영역으로 집중하여 흐르는 유체의 특성상, 상대적으로 저항이 높은 하우징의 모서리 부분까지 제대로 전달되지 못하는 문제점이 있었다. 따라서, 개별 배터리 모듈의 위치에 따라서, 하우징의 모서리 부분 등 사각지대에 배치되는 배터리 모듈은 제대로 냉각이 이루어지지 않아, 배터리 모듈 패키지의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예들에 따르면 배터리 모듈 패키지 내부에서 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 모듈 패키지는, 일측에 냉매를 내부로 유입시키는 유입구가 형성되고, 타측에서 상기 유입구의 연장선에서 벗어난 위치에 형성되며 상기 냉매를 외부로 배출시키는 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 다수의 열로 배치되는 다수의 배터리 모듈 및 상기 하우징 내부에 구비되어서 상기 냉매의 유동을 전환 및 분기시키는 다수의 가이드 베인을 포함하는 가이드부를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 냉매는 상기 배터리 모듈이 배치된 열의 사이로 메인 유동이 발생하고, 상기 가이드 베인은 상기 메인 유동을 따르는 냉매를 상기 배터리 모듈의 열 내부에 배치된 배터리 모듈 사이를 통과하도록 'S'자 형태 또는 지그재그 형태로 형성시키도록 상기 배터리 모듈에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 유입구의 연장선을 기준으로 상기 유출구에서 먼 쪽에 구비되는 배터리 모듈의 열에서는 상기 메인 유동 방향으로 상기 냉매가 유동되는 압력강하 유동이 발생되고, 상기 가이드 베인은 상기 압력 강하 유동에 따른 냉매의 유동을 상기 배터리 모듈 사이로 전환 및 절곡시키도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 가이드 베인은 상기 유출구의 연장선 상에 배치된 배터리 모듈의 열에서는, 상기 메인 유동을 따르는 냉매를 상기 배터리 모듈 사이를 통과하도록 'S'자 형태로 유동시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가이드 베인은 상기 냉매가 상기 하우징의 모서리쪽으로 유동되며, 상기 하우징의 모서리에서 상기 냉매의 S자 유동이 시작되도록 유동시키도록 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 가이드 베인은 상기 냉매의 유동 방향을 따라서 상기 유출구쪽으로 갈수록 크기가 커지도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 가이드 베인은 상기 냉매의 유동 방향을 따라서 상기 가이드 베인의 곡률이 달라지도록 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 가이드부는 상기 유입구측에 구비되어서 상기 유입구에서 유입되는 냉매의 유량을 분기시키는 제2 가이드 베인을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 가이드 베인은 일단이 상기 배터리 모듈에 설치되고, 타단이 상기 유입구에 구비되어서, 상기 유입구를 통해 유입되는 냉매의 유량을 분기시키도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 가이드 베인은 상기 유입구를 통해 유입되는 냉매의 유량을 이등분시키도록 형성된 배터리 모듈 패키지.
일 측에 따르면, 상기 가이드부는 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이에 구비되어서, 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이로 유동하는 냉매의 일부를 상기 메인 유동 방향으로 유입되도록 'T'자 형태로 분기시키는 제3 가이드 베인을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 가이드 베인에 의해서 상기 메인 유동 방향과 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이로 유동되는 냉매의 유량이 동일하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3 가이드 베인은 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이를 따라 유동되는 냉매가 상기 메인 유동과 교차하는 부분의 배터리 모듈에 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 배터리 모듈은 하나의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀이 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 다수의 열로 배치되고, 상기 가이드 베인은 상기 메인 유동을 따른 냉매를 복수의 배터리 셀이 배치된 열의 내부로 유입시켜서 상기 각 배터리 셀 사이를 통과하도록 유동시키도록 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 하우징은 상기 유입구와 상기 유출구가 서로 다른 높이에 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 하우징에서 상기 유입구와 같은 방향에 구비되는 하나 이상의 제2 유입구를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 유입구에 구비되는 유입 덕트와 상기 유출구에 구비되는 배출 덕트를 더 포함하고, 상기 배출 덕트에는 상기 냉매를 배출시키기 위한 송풍 수단이 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 모듈 패키지의 내부에 배치되는 가이드 베인의 배치 및 형상에 따라 냉매가 배터리 모듈 패키지의 전 영역에 고르게 전달될 수 있으므로, 효과적으로 배터리 모듈 패키지를 냉각시킬 수 있다.
또한, 배터리 모듈 패키지의 내부 공간을 다수개의 영역으로 구획하고, 각 구획 내에서 냉매의 유동을 달리 함으로써 효과적으로 배터리 모듈 패키지를 냉각시킬 수 있다.
또한, 공냉 방식은 수냉 방식에 비해서 제조 및 유지비용이 감소하고, 안정성이 높다.
또한, 배터리 모듈 사이에 간단한 구조의 다수의 가이드 베인을 설치하는 것으로 배터리 모듈의 냉각 시스템을 구현하므로, 배터리 모듈 패키지의 조립과 수리가 용이하고, 내부의 가용 공간이 넓어지고, 다양한 형태의 배터리 모듈 패키지에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈 패키지의 평면도이다.
도 3과 도 4는 도 1의 배터리 모듈 패키지의 변형예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지의 사시도이다.
도 6은 도 5의 배터리 모듈 패키지에서 냉매 유동을 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 5의 배터리 모듈 패키지의 평면도이다.
도 8은 도 7에서 'A' 부분의 확대 도면이다.
도 9는 도 7에서 'B' 영역에서의 냉매 유동을 보여주는 도면이다.
도 은 도 7에서 제1 유입구 주변의 냉매 유동을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 7에서 제2 유입구 주변의 냉매 유동을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지의 냉매 유동을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 모듈 패키지(10)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈 패키지(10)의 평면도이다. 그리고 도 3과 도 4는 도 1의 배터리 모듈 패키지(10)의 변형예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도면을 참조하면, 배터리 모듈 패키지(10)는, 다수의 배터리 모듈(13)이 수용되는 하우징(11)과, 하우징(11) 내부에서 냉매의 유동을 전환 및 분기시키기 위한 가이드부(15)를 포함하여 구성된다. 예를 들어, 냉매는 공기일 수 있다.
이하에서 설명하는 배터리 모듈(13)은 하나의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
하우징(11)에는 하우징(11) 내부로 냉매를 유입시키기 위한 유입구(111)와, 하우징(11) 내부에서 냉매를 배출시키기 위한 유출구(113)가 형성되며, 유입구(111)는 하나 또는 복수개가 일측에 형성되고, 타측에 하나 또는 복수개의 유출구(113)가 형성될 수 있다. 또한, 유입구(111)에는 유입되는 냉매를 안내하기 위한 유입 덕트(1111)가 구비되고, 유출구(113)에도 배출되는 냉매를 안내하기 위한 배출 덕트(1131)가 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 유입 덕트(1111)와 배출 덕트(1131)의 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있으며, 또한, 유입 덕트(1111) 및/또는 배출 덕트(1131)가 생략되는 것도 가능하다.
또한, 유출구(113) 또는 배출 덕트(1131) 내부에는 냉매를 하우징(11) 외부로 토출 또는 송풍시키기 위한 송풍 수단(1132)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 송풍 수단(1132)은 송풍팬일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 송풍 수단(1132)을 생략할 수 있으며, 송풍 수단(1132)의 종류가 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또는, 유입구(111) 또는 유입 덕트(1111) 내부에 하우징(11) 내부로 냉매를 유입시키기 위한 송풍 수단(1132)이 구비되는 것도 가능하다.
유입구(111)와 유출구(113)는 일직선 상이 아니고, 유입구(111)를 연장한 직선 상에서 벗어난 위치에 유출구(113)가 위치하게 된다. 예를 들어, 도면에 도시한 바와 같이, 하우징(11)의 일측에서 모서리에 가까운 위치에 유입구(111)가 형성되고, 유출구(113)는 하우징(11)에서 유입구(111)와 마주보는 대략 대각선 방향에 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시한 바와 같이, 유출구(113)가 하우징(11)의 일측에서 중앙 부분에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 유입구(111)와 유출구(113)는 하우징(11)의 높이 방향에서 서로 다른 높이에 형성될 수 있다.
하우징(11) 내부에서 배터리 모듈(13) 사이로 냉매가 유동된다. 예를 들어, 배터리 모듈(13)은 유입구(111)에서 유출구(113) 방향을 따라서 다수의 배터리 모듈(13)이 일 방향으로 직선 형태로 늘어선 열이 다수 열이 배치된다. 또한, 배터리 모듈(13)의 열 사이는 소정 간격으로 이격되어 형성된다. 그리고 배터리 모듈(13)의 열 내부에서도 배터리 모듈(13) 사이는 소정 간격이 이격되지만, 배터리 모듈(13)의 열 사이의 간격보다는 좁은 간격으로 배치된다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(13)의 수 및 배치 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
냉매는 배터리 모듈(13)이 배치된 열 사이로 유동하게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해서 배터리 모듈(13)의 열 사이로 냉매가 유동되는 부분을 '메인 유동'이라 한다. 그리고 배터리 모듈(13)이 일렬로 늘어선 것을 배터리 모듈(13)의 '열'이라 한다.
여기서, 유입구(111)의 연장선을 기준으로, 유출구(113)에 보다 먼 쪽, 즉, 도면에서 보았을 때 연장선보다 상부에 배치되는 배터리 모듈(13)의 열에서는 압력강하 유동이 발생한다. 상세하게는, 유입구(111)의 연장선을 기준으로 먼 쪽의 열에서는 유속과 유동량이 작기 때문에, 유입구(111)의 연장선 상을 따르는 메인 유동쪽으로 압력강하가 발생하고, 이로 인해 냉매가 메인 유동을 향해 유동하게 되는데, 이와 같이 발생하는 유동을 '압력강하 유동'이라 한다.
가이드부(15)는 이와 같이 압력강하 유동이 발생하는 부분에 구비되어서 냉매를 배터리 모듈(13) 사이로 유동시킴으로써 압력강하가 발생한 부분에서 냉매의 유동 또는 압력을 보상하여서, 배터리 모듈(13) 사이의 냉매 유동을 일정량 이상 확보하게 된다.
상세하게는, 가이드부(15)는 냉매가 배터리 모듈(13) 사이로 전환되도록 하는 복수의 가이드 베인(151)(이하, '제1 가이드 베인(151)'이라 한다)이 구비된다. 예를 들어, 제1 가이드 베인(151)은 소정의 곡률을 갖는 곡면 또는 호의 단면 형상을 갖고, 배터리 모듈(13)의 높이에 대응되는 높이로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 제1 가이드 베인(151)의 형상은 냉매의 유동을 전환 및 분기시킬 수 있는 것이면 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 배출 덕트(1131)에 송풍 수단(1132)이 구비되기 때문에, 유출구(113)의 연장선 상에 배치되는 배터리 모듈(13)의 경우에는 송풍 수단(1132)에 의해 배출 압력이 크게 작용하게 된다. 따라서, 제1 가이드 베인(151)이 배터리 모듈(13)에 다수개 구비되어서 냉매의 유동 거리를 보다 길게 형성할 수 있도록 함으로써, 냉매가 배터리 모듈(13)을 충분히 냉각시키면서 유동할 수 있도록 한다. 즉, 도면에서 유출구(113)와 일직선 상에 배치되는 가장 하부에 배치된 배터리 모듈(13)에서는 냉매가 배터리 모듈(13) 사이 사이를 통과하도록 유동을 'S'자 형태로 형성시킨다. 가이드부(15)는 냉매가 하우징(11)의 모서리 부분까지 균일하게 제공하기 때문에, 하부에 배치된 배터리 모듈(13)에서는 'S'자 유동이 하우징(11)의 모서리에서 시작된다. 여기서, ''S'자 형태의 유동'이라 함은 냉매가 배터리 모듈(13)의 하나의 열 내부에서 배터리 모듈(13) 사이를 지그재그 형태로 통과하는 유동 형태를 말한다. 또한, ''S'자 형태의 유동'은 냉매가 배터리 모듈(13) 사이를 통과하는 유동뿐만 아니라, 메인 유동을 따르는 냉매를 배터리 모듈(13) 사이로 유입시키는 유동 형상 역시 포함한다.
한편, 본 실시예들에서는 'S'자 형태의 유동은, 냉매의 유동 방향을 유입구(111)에서 유출구(113) 방향을 따라서, 냉매의 유동이 시작점을 기준으로 'S'자 형태이거나, 역S자 형태를 모두 포함한다.
또한, 제1 가이드 베인(151)은 냉매의 유동 방향을 따라 유입구(111)에서 유출구(113) 방향을 따라 그 단면적의 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다. 또는, 제1 가이드 베인(151)은 냉매의 유동 방향을 따라 그 단면의 곡률이 달라지게 형성될 수 있다.
한편, 가이드부(15)는 유입구(111)에서 유입되는 냉매를 하우징(11) 내부에 균일하게 유동시킬 수 있도록 유입구(111)에 제2 가이드 베인(152)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 가이드 베인(152)은 일단이 배터리 모듈(13)에 설치되고, 타단이 유입구(111)에 구비되어서, 유입구(111)를 통해 유입되는 냉매의 유량을 분기시키도록 형성된다. 또한, 제2 가이드 베인(152)은 유입구(111)를 통해 유입되는 냉매의 유량을 이등분시키도록 형성될 수 있다.
또한, 가이드부(15)는 배터리 모듈(13)과 하우징(11)의 내벽 사이를 유동하는 냉매의 유동 역시 균일하게 분기시키기 위해서, 냉매를 'T'자 형태로 분기시키도록 제3 가이드 베인(153)이 구비될 수 있다. 여기서, ''T'자 형태의 유동'이라 함은, 배터리 모듈(13)과 하우징(11)의 내벽 사이를 유동하는 냉매를 일부는 메인 유동 방향으로 유입시키고, 나머지를 냉매가 진행하던 방향 그대로 배터리 모듈(13)과 하우징(11)의 내벽 사이로 유동시키는 것을 말한다. 냉매의 유동이 제3 가이드 베인(153)이 설치된 위치에서 보았을 때 대략 'T'자 형태를 갖기 때문에, '''T'자 형태의 유동'이라 설명한다.
또한, 제3 가이드 베인(153)은 배터리 모듈(13)과 하우징(11)의 내벽 사이를 따라 메인 유동과 분기되는 부분의 배터리 모듈(13)에는 각각 제3 가이드 베인(153)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서 점선 및 실선으로 도시한 바와 같이 각 위치에 제3 가이드 베인(153)이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 제3 가이드 베인(153)의 수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서 점선으로 도시한 위치나 실선으로 도시한 위치 중 어느 한 위치에만 제3 가이드 베인(153)이 구비될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 가이드 베인(151, 152, 153)의 위치와 수는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(13)의 수가 증가하면 적절한 위치에 가이드 베인(151, 152, 153)을 설치할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 가이드 베인(151, 152, 153) 중 필요에 따라 일부는 생략할 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 배터리 모듈 패키지(10)는 배터리 모듈(13)에 다수의 가이드 베인(151, 152, 153)을 설치함으로써 하우징(11) 내부 및 배터리 모듈(13) 사이에서 냉매를 균일하게 유동시키고, 배터리 모듈(13)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 이상의 실시예들에서는 유입구(111)가 1개이고 유출구(113)가 1개인 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 유입구(111)와 유출구(113)의 수는 증가될 수 있으며, 내부에 구비되는 배터리 모듈(13)의 수도 실질적으로 다양하게 변경할 수 있다. 그리고 유입구(111)와 유출구(113)의 수 또는 배터리 모듈(13)의 수가 변경되면 그에 따라 가이드 베인(151, 152, 253)의 수도 적절하게 증가하여 배치될 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 변형 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지(20)에 대해서 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예에서는 유입구(211)가 2개이고 유출구(213)가 1개인 것을 예시하지만, 상술한 실시예와 유입구(211)의 수를 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하며 동일한 구성요소에 대해서 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
참고적으로, 도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지(20)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 배터리 모듈 패키지(20)에서 냉매 유동을 보여주는 사시도이고, 도 7은 도 5의 배터리 모듈 패키지(20)의 평면도이다. 그리고 도 8은 도 7에서 'A' 부분의 확대 도면이고, 도 9는 도 7에서 'B' 영역에서의 냉매 유동을 보여주는 도면이다. 그리고 도 10은 도 7에서 제1 유입구(211) 주변의 냉매 유동을 보여주는 도면이고, 도 11은 도 7에서 제2 유입구(211) 주변의 냉매 유동을 보여주는 도면이다. 그리고 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 패키지(20)의 냉매 유동을 보여주는 그래프이다.
도면을 참조하면, 배터리 모듈 패키지(20)는, 다수의 배터리 모듈(23)이 수용되고 냉매가 유입되는 제1 유입구(211)와 제2 유입구(212)가 형성되고, 냉매가 유출되는 유출구(213)가 형성된 하우징(21)과, 하우징(21) 내부에서 냉매의 유동을 전환 및 분기시키기 위한 가이드부(25)를 포함하여 구성된다.
유입구(211, 212)는 하우징(21)의 일측에 2개가 소정 거리 이격되어 구비되고, 유출구(213)는 하우징(21)의 타측에 1개가 구비된다. 여기서, 제1 유입구(211)와 유출구(213)는 하우징(21)의 대각선 방향으로 배치되며, 제2 유입구(212)의 경우에는 유출구(213)와 동일 직선상 또는 연장선에서 벗어난 위치에 형성될 수 있다. 또한, 유입구(211, 212)와 유출구(213)는 하우징(21)의 높이 방향에서 서로 다른 높이에 형성될 수 있다.
그리고 유입구(211, 212)에는 유입되는 냉매를 안내하기 위한 유입 덕트(2111, 2121)가 구비되고, 유출구(213)에도 배출되는 냉매를 안내하기 위한 배출 덕트(2131)가 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 유입 덕트(2111, 2121)와 배출 덕트(2131)의 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있으며, 또한, 유입 덕트(2111, 2121) 및/또는 배출 덕트(2131)가 생략되는 것도 가능하다. 또한, 유출구(213) 또는 배출 덕트(2131) 내부에는 냉매를 하우징(21) 외부로 토출시키기 위한 송풍 수단(2132)이 구비될 수 있다.
가이드부(25)는 압력강하 유동이 발생하는 부분에 구비되어서 메인 유동을 따르는 냉매를 배터리 모듈(23) 사이로 유동시키도록 형성된다. 제1 가이드 베인(251)은 배터리 모듈(23)의 일측에 구비되어서, 메인 유동을 따르는 냉매를 배터리 모듈(23)의 열 사이로 유동시킨다. 또한, 제1 가이드 베인(251)은, 압력강하 유동이 발생한 부분에 구비되어서 압력강하 유동이 발생하는 부분의 냉매의 유동을 전환시켜서 배터리 모듈(23) 사이로 유동시키고, 냉매의 유량을 확보하여 배터리 모듈(23)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 가이드 베인(251)은 소정의 곡률을 갖는 곡면 또는 호의 단면 형상을 갖고, 배터리 모듈(23)의 높이에 대응되는 높이로 형성될 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 가이드 베인(251)은 냉매의 유동 방향을 따라 유입구(211)에서 유출구(213) 방향을 따라 그 단면적의 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다. 또는, 제1 가이드 베인(251)은 냉매의 유동 방향을 따라 그 단면의 곡률이 달라지게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 제1 가이드 베인(251)의 형상은 냉매의 유동을 전환 및 분기시킬 수 있는 것이면 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 가이드부(25)는 하우징(21)의 내벽에 인접하지 않은 배터리 모듈(23)에서는 냉매의 유동을 배터리 모듈(23) 사이로 수렴되는 방향으로 형성시킬 수 있다.
유입구(211, 212)에는 유입되는 냉매를 분할시키는 제2 가이드 베인(252)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 가이드 베인(252)은 일단이 배터리 모듈(23)에 설치되고, 타단이 유입구(211)에 구비되어서, 유입구(211)를 통해 유입되는 냉매의 유량을 분기시키도록 형성된다. 또한, 제2 가이드 베인(252)은 유입구(211)를 통해 유입되는 냉매의 유량을 이등분시키도록 형성될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(23)과 하우징(21)의 내벽 사이의 냉매 유동을 배터리 모듈(23) 사이로 유동시키기 위해서 냉매를 'T'자 형태로 분기시키는 제3 가이드 베인(253)이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 모듈 패키지(20) 내부에 다수의 가이드 베인(251, 252, 253)으로 구성되는 가이드부(25)를 구비함으로써, 냉매가 배터리 모듈 패키지(20) 내부의 전 영역에 고르게 전달될 수 있어서, 효과적으로 배터리 모듈 패키지(20)를 냉각시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈 패키지(20) 내부의 공간을 다수개의 영역으로 구획하고, 각 구획 내에서 냉매의 유동을 달리 함으로써 효과적으로 배터리 모듈 패키지를 냉각시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈(23) 사이에 간단한 구조의 가이드 베인(251, 252, 253)을 다수개 설치하는 것만으로 배터리 모듈 패키지(20)를 냉각시킬 수 있으므로, 배터리 모듈 패키지(20)의 조립과 수리가 용이하고, 내부의 가용 공간이 넓어지고, 다양한 형태의 배터리 모듈 패키지(20)에 적용이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따르면 배터리 모듈 패키지(20)는 냉매로서 공기를 사용함으로써, 수냉 방식에 비해서 제조 및 유지비용이 감소하고, 안정성이 높다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
10: 배터리 모듈 패키지
11: 하우징
111: 유입구
1111: 유입 덕트
113: 유출구
1131: 배출 덕트
1132: 송풍 수단
13: 배터리 모듈
15: 가이드부
151, 152, 153: 가이드 베인

Claims (18)

  1. 일측에 냉매를 내부로 유입시키는 유입구가 형성되고, 타측에서 상기 유입구의 연장선에서 벗어난 위치에 형성되며 상기 냉매를 외부로 배출시키는 유출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 다수의 열로 배치되는 다수의 배터리 모듈; 및
    상기 하우징 내부에 구비되어서 상기 냉매의 유동을 전환 및 분기시키는 다수의 가이드 베인을 포함하는 가이드부;
    를 포함하는 배터리 모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 배터리 모듈이 배치된 열의 사이로 메인 유동이 발생하고,
    상기 가이드 베인은 상기 메인 유동을 따르는 냉매를 상기 배터리 모듈의 열 내부에 배치된 배터리 모듈 사이를 통과하도록 'S'자 형태 또는 지그재그 형태로 형성시키도록 상기 배터리 모듈에 구비되는 배터리 모듈 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입구의 연장선을 기준으로 상기 유출구에서 먼 쪽에 구비되는 배터리 모듈의 열에서는 상기 메인 유동 방향으로 상기 냉매가 유동되는 압력강하 유동이 발생되고,
    상기 가이드 베인은 상기 압력 강하 유동에 따른 냉매의 유동을 상기 배터리 모듈 사이로 전환 및 절곡시키도록 구비되는 배터리 모듈 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 유출구의 연장선 상에 배치된 배터리 모듈의 열에서는, 상기 메인 유동을 따르는 냉매를 상기 배터리 모듈 사이를 통과하도록 'S'자 형태로 유동시키도록 형성되는 배터리 모듈 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 냉매가 상기 하우징의 모서리쪽으로 유동되며, 상기 하우징의 모서리에서 상기 냉매의 S자 유동이 시작되도록 유동시키도록 구비되는 배터리 모듈 패키지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 냉매의 유동 방향을 따라서 상기 유출구쪽으로 갈수록 크기가 커지도록 형성된 배터리 모듈 패키지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 냉매의 유동 방향을 따라서 상기 가이드 베인의 곡률이 달라지도록 형성된 배터리 모듈 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 유입구측에 구비되어서 상기 유입구에서 유입되는 냉매의 유량을 분기시키는 제2 가이드 베인을 더 포함하는 배터리 모듈 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 가이드 베인은 일단이 상기 배터리 모듈에 설치되고, 타단이 상기 유입구에 구비되어서, 상기 유입구를 통해 유입되는 냉매의 유량을 분기시키도록 형성되는 배터리 모듈 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 가이드 베인은 상기 유입구를 통해 유입되는 냉매의 유량을 이등분시키도록 형성된 배터리 모듈 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 배터리 모듈이 배치된 열의 사이로 메인 유동이 발생하고,
    상기 가이드부는 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이에 구비되어서, 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이로 유동하는 냉매의 일부를 상기 메인 유동 방향으로 유입되도록 'T'자 형태로 분기시키는 제3 가이드 베인을 더 포함하는 배터리 모듈 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 가이드 베인에 의해서 상기 메인 유동 방향과 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이로 유동되는 냉매의 유량이 동일하도록 형성된 배터리 모듈 패키지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 가이드 베인은 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내벽 사이를 따라 유동되는 냉매가 상기 메인 유동과 교차하는 부분의 배터리 모듈에 구비되는 배터리 모듈 패키지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 하나의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    복수의 배터리 셀이 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 다수의 열로 배치되고,
    상기 가이드 베인은 상기 메인 유동을 따른 냉매를 복수의 배터리 셀이 배치된 열의 내부로 유입시켜서 상기 각 배터리 셀 사이를 통과하도록 유동시키도록 구비되는 배터리 모듈 패키지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 유입구와 상기 유출구가 서로 다른 높이에 형성되는 배터리 모듈 패키지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에서 상기 유입구와 같은 방향에 구비되는 하나 이상의 제2 유입구를 더 포함하는 배터리 모듈 패키지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 유입구에 구비되는 유입 덕트와 상기 유출구에 구비되는 배출 덕트를 더 포함하고,
    상기 배출 덕트에는 상기 냉매를 배출시키기 위한 송풍 수단이 구비되는 배터리 모듈 패키지.
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KR20210041444A (ko) 2019-10-07 2021-04-15 에이치엘그린파워 주식회사 배터리셀 공랭식 냉각시스템

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