KR20170062181A

KR20170062181A - 쿨링 핀의 배치구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 쿨링 핀 어셈블리

Info

Publication number: KR20170062181A
Application number: KR1020150167678A
Authority: KR
Inventors: 김동연; 공진학; 최용석; 하벼리
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-07
Also published as: KR102120932B1

Abstract

본 발명은 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀; 상기 셀을 수용하는 복수개의 카트리지; 상기 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트로 전달하는 복수개의 쿨링 핀; 및 각각의 쿨링 핀과 접촉 가능하게 배치되는 쿨링 플레이트;를 포함하고, 상기 각각의 쿨링 핀의 일단부는 절곡되어 상기 쿨링 플레이트와 접촉하고, 상기 쿨링 핀과 상기 쿨링 플레이트 간의 열전달 부위에서, 인접한 쿨링 핀들의 끝부분이 서로 겹쳐지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

쿨링 핀의 배치구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 쿨링 핀 어셈블리{SECONDARY BATTERY MODULE IMPROVED IN COOLING FIN DISPOSITION STRUCTURE AND COOLING FIN ASSEMBLY FOR THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 셀들이 집합되어 있는 셀 어셈블리에 방열을 위한 쿨링 핀이 구비되어 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 쿨링 핀 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 모듈은 다수의 셀들이 집합되어 형성되고 냉각을 위해 쿨링 핀 등을 포함하는 간접 냉각 시스템을 구비한다. 이러한 배터리 모듈은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 제작된다. 도 1에는 다수의 셀들이 정해진 간격으로 배열된 셀 어셈블리(10)와, 셀 어셈블리(10)를 감쌀 수 있는 엔드 플레이트(21)를 가진 케이스(20)를 구비한 배터리 모듈이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 배터리 모듈의 쿨링 핀(30,31)은 그 하부에 배치되는 쿨링 플레이트(40) 상에 복수개가 정해진 간격을 두고 이격되게 배열되고, 셀(11)을 수용하는 카트리지(12)는 쿨링 핀들 사이에 위치한다. 통상적으로 쿨링 핀(30,31)은 전체적으로 판상으로 이루어지며 쿨링 플레이트(40) 상에 세워지고 쿨링 플레이트(40)에 접촉되는 열전달 부위를 갖는다. 이러한 쿨링 핀(30,31)은 셀(11)과 실질적으로 접촉하며 셀(11)의 충전 및 방전 동안 셀(11)에서 발생하는 열을 전달받아 하단의 열전달 부위를 통해 쿨링 플레이트(40)에 전달하는 역할을 한다. 쿨링 플레이트(40)에 전달된 열은 쿨링 플레이트(40)의 일측에 부착된 소정의 히트싱크(미도시)를 통해 공기중으로 방출된다.

쿨링 핀(30,31)의 열전달 부위는 쿨링 핀(30,31)의 하단이 절곡되어 형성되는데, 이 열전달 부위가 쿨링 플레이트(40)와 긴밀한 접촉 상태를 유지하지 않을 경우 열전달 효율이 현저히 떨어져서 냉각 성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

그런데, 셀의 과충전 등으로 인해 배터리 모듈에 스웰링(Swelling)이 발생하게 되면 배터리 모듈의 양쪽 가장자리 또는 이에 가까운 부분에 위치한 셀이 도 3에 도시된 바와 같이 모듈 바깥 방향으로 변형됨에 따라 상대적으로 모듈의 바깥쪽에 위치한 쿨링 핀(30)의 끝부분(30a)은 위로 들리고 상대적으로 안쪽에서 그에 인접한 다른 쿨링 핀(31)의 끝부분(31a)은 아래로 압착되는 형태로 변형이 발생하게 된다.

상기와 같은 열전달 부위의 변형은 쿨링 핀(30)과 쿨링 플레이트(40) 사이에 공극을 발생시키고 이 공극은 셀에서 발생하는 열을 쿨링 핀(30)으로부터 쿨링 플레이트(40)로 전달하는 것을 방해하여 냉각 성능에 악영향을 주게 된다.

배터리 모듈의 스웰링과 관련된 기술로서 특허문헌 1에는 래미네이트 셀의 내압이 변화해 래미네이트 셀에 두께 변동이 일어났을 때, 대를 이루는 탄성부가 탄성변형함으로써 래미네이트 셀의 두께 변동을 흡수하여 래미네이트 셀의 중심 위치 및 전극 단자의 위치가 변위하지 않는 배터리팩이 게재되어 있다.

그러나, 종래에는 배터리 모듈에 스웰링이 발생했을 때 셀과 쿨링 플레이트 사이에 개재된 쿨링 핀의 변형을 방지하기 위한 기술적 수단이 제시된 바가 없어 이에 대책이 요구된다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2005-108693호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스웰링의 발생 시 쿨링 핀이 쿨링 플레이트로부터 위로 들리는 현상을 억제할 수 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 쿨링 핀 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀; 상기 셀을 수용하는 복수개의 카트리지; 상기 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트로 전달하는 복수개의 쿨링 핀; 및 각각의 쿨링 핀과 접촉 가능하게 배치되는 쿨링 플레이트;를 포함하고, 상기 각각의 쿨링 핀의 일단부는 절곡되어 상기 쿨링 플레이트와 접촉하고, 상기 쿨링 핀과 상기 쿨링 플레이트 간의 열전달 부위에서, 인접한 쿨링 핀들의 끝부분이 서로 겹쳐지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 복수개의 셀 중 적어도 양쪽 가장자리의 셀에 대응하는 쿨링 핀의 끝부분은 그에 대해 상대적으로 안쪽에 위치한 쿨링 핀의 끝부분 아래에 놓여 있는 것이 바람직하다.

상기 인접한 쿨링 핀들 중 어느 하나가 절곡되어 다른 하나에 중첩되는 것이 바람직하다.

상기 절곡 부위는 비스듬히 경사지게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 쿨링 핀은 전체적으로 판상으로 이루어지며 상기 쿨링 플레이트의 상부에 세워지고, 상기 카트리지는 쿨링 핀들 사이에 배치될 수 있다.

상기 카트리지의 하단은 상기 쿨링 핀들의 끝부분 상부에 위치할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트로 전달하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리에 있어서, 쿨링 플레이트의 상부에 정해진 간격으로 배치된 복수개의 쿨링 핀을 구비하고, 각각의 쿨링 핀의 일단부는 상기 쿨링 플레이트와 접촉 가능하게 절곡되어 있고, 인접한 쿨링 핀들의 끝부분이 서로 겹쳐지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 따르면 셀의 과충전 등으로 인해 배터리 모듈에 스웰링이 발생하더라도 쿨링 핀들이 위로 들리는 현상이 방지되어 쿨링 핀과 쿨링 플레이트 간에 접촉성이 확보되므로 냉각 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 쿨링 핀과 쿨링 플레이트 간에 긴밀한 접촉이 가능하여 별도의 체결부재가 요구되지 않으므로 조립성이 좋은 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 쿨링 핀의 배치구조를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 3은 도 2에서 스웰링 발생 시 쿨링 핀의 변형 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 5는 도 4에서 스웰링 발생 시 쿨링 핀의 형상 유지 상태를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수개의 셀(100)과, 셀(100)을 수용하는 복수개의 카트리지(101)와, 셀(100)에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(120)로 전달하는 복수개의 쿨링 핀(110,111)과, 쿨링 핀(110,111)과 접촉 가능하게 배치되는 쿨링 플레이트(120)를 포함한다.

각각의 셀(100)은 얇은 판상 몸체를 갖는 이차전지로서, 바람직하게 파우치형 이차전지가 채용될 수 있다.

카트리지(101)는 적어도 하나의 셀(100)을 삽입하여 수용 및 안착시킬 수 있는 형상과 크기를 가진 수납부를 구비한다. 카트리지(101)는 열을 이루며 정해진 피치로 복수개가 배치된다.

쿨링 핀(110,111)은 셀(100)과 접촉하도록 배치되어 셀(100)에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(120)로 전달한다. 바람직하게, 쿨링 핀(110,111)은 실질적으로 판상의 금속체로 이루어지며 쿨링 플레이트(120) 상에 수직으로 세워진다. 또한, 쿨링 핀(110,111)은 쿨링 플레이트(120)의 길이 방향으로 복수개가 정해진 간격으로 배치되고, 각각의 카트리지(101)는 쿨링 핀(110,111)들 사이에 위치한다.

각각의 쿨링 핀(110,111)은 일단부가 절곡되어 쿨링 플레이트(120)와 접촉하고, 이 접촉 부위는 쿨링 핀(110,111)과 쿨링 플레이트(120) 간의 주요 열전달 경로가 된다. 여기서, 카트리지(101)의 하단은 쿨링 핀(110,111)들의 끝부분 상부에 위치한다.

쿨링 핀(110,111)과 상기 쿨링 플레이트(120) 간의 열전달 부위에 있어서, 서로 인접한 쿨링 핀(110,111)들의 끝부분(110a,111a)은 서로 상하로 겹쳐지게 배치되어 있다. 즉, 어느 하나의 쿨링 핀(110)의 끝부분(110a)은 다른 하나의 쿨링 핀(111)의 끝부분(111a)의 아래에 놓여져 있다. 이러한 구조에 따르면 배터리 모듈에 스웰링이 발생하여 도 5에 도시된 바와 같이 배터리 모듈의 바깥 방향으로 셀이 변형되더라도 쿨링 핀(110,111)들의 끝부분(110a,111a)에 작용하는 힘이 서로 상쇄되어 쿨링 핀(110,111)에 변형이 발생하지 않는다. 이러한 작용효과는 배터리 모듈의 양쪽 가장자리 또는 이에 가까운 부분에서 특히 현저하게 나타난다.

상기와 같이 서로 인접한 쿨링 핀들(110,111)의 끝부분(110a,111a)이 서로 상하로 겹쳐진 구조를 형성하기 위해, 인접한 쿨링 핀(110,111)들 중 어느 하나는 절곡되어 다른 하나에 중첩되게 배치된다. 구체적으로, 복수개의 셀(100) 중 배터리 모듈의 양쪽 가장자리 또는 이에 가까운 부분에 위치한 셀(100)에 대응하는 쿨링 핀(110)의 끝부분(110a)은 그에 대해 상대적으로 안쪽에 위치한 쿨링 핀(111)의 끝부분(111a) 아래에 놓이도록 배치되는 것이 바람직하다.

배터리 모듈의 스웰링 시 상대적으로 안쪽에 위치한 쿨링 핀(111)이 하부로 압착되는 변형을 쿨링 핀(110)의 들림 방지에 보다 효율적으로 이용하기 위해 절곡 부위는 비스듬히 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 과충전 등에 의해 스웰링이 발생하더라도 쿨링 핀들(110,111)의 끝부분(110a,111a)이 상하로 겹쳐진 구조에 의해 변형이 억제된다. 즉, 스웰링에 의해 발생하는 외력에 의해 어느 하나의 쿨링 핀(110)의 끝부분(110a)에 상방으로 힘이 작용할 경우 그 상부에 놓인 쿨링 핀(111)에 의해 들림 현상이 억제된다. 이때, 전술한 바와 같이 상부에 놓인 쿨링 핀(111)은 스웰링에 의해 하방으로 힘이 작용하게 되므로 상기 쿨링 핀(110)이 위로 들리는 현상이 더욱 효과적으로 억제될 수 있다.

상기와 같은 작용에 의해, 스웰링의 발생 여부와는 무관하게 쿨링 핀(110,111)과 쿨링 플레이트(120) 간에 긴밀한 접촉성이 확보될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 101: 카트리지
110,111: 쿨링 핀 120: 쿨링 플레이트

Claims

정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀;
상기 셀을 수용하는 복수개의 카트리지;
상기 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트로 전달하는 복수개의 쿨링 핀; 및
각각의 쿨링 핀과 접촉 가능하게 배치되는 쿨링 플레이트;를 포함하고,
상기 각각의 쿨링 핀의 일단부는 절곡되어 상기 쿨링 플레이트와 접촉하고,
상기 쿨링 핀과 상기 쿨링 플레이트 간의 열전달 부위에서, 인접한 쿨링 핀들의 끝부분이 서로 겹쳐지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 셀 중 적어도 양쪽 가장자리의 셀에 대응하는 쿨링 핀의 끝부분이 그에 대해 상대적으로 안쪽에 위치한 쿨링 핀의 끝부분 아래에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 인접한 쿨링 핀들 중 어느 하나가 절곡되어 다른 하나에 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제3항에 있어서,
상기 절곡 부위는 비스듬히 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 쿨링 핀은 전체적으로 판상으로 이루어지며 상기 쿨링 플레이트의 상부에 세워지고, 상기 카트리지는 쿨링 핀들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제5항에 있어서,
상기 카트리지의 하단이 상기 쿨링 핀들의 끝부분 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트로 전달하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리에 있어서,
쿨링 플레이트의 상부에 정해진 간격으로 배치된 복수개의 쿨링 핀을 구비하고,
각각의 쿨링 핀의 일단부는 상기 쿨링 플레이트와 접촉 가능하게 절곡되어 있고,
인접한 쿨링 핀들의 끝부분이 서로 겹쳐지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 복수개의 쿨링 핀 중 적어도 양쪽 가장자리에 위치한 쿨링 핀의 끝부분이 그에 대해 상대적으로 안쪽에 위치한 쿨링 핀의 끝부분 아래에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 인접한 쿨링 핀들 중 어느 하나가 절곡되어 다른 하나에 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리.
제9항에 있어서,
상기 절곡 부위는 비스듬히 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 쿨링 핀 어셈블리.