KR20170132514A - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들, 복수 개의 배터리 셀들을 수용하며, 복수 개의 배터리 셀들이 잠길 수 있게 내부에 소정 높이로 냉매가 채워지는 모듈 케이스, 모듈 케이스 내에 구비되며, 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 복수 개의 냉각 핀들 및 복수 개의 냉각 핀들을 향해 모듈 케이스의 내벽으로부터 돌출되는 복수 개의 냉각 가이드 돌기들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
멀티 배터리 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 냉각장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.
하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수 만큼 적층시켜 패키징한다. 이러한 복수 개의 배터리 셀들의 냉각을 위한 방식 중 하나로 종래 배터리 모듈에서, 모듈 케이스 내에 절연유로 구비되는 냉매를 채우는 방식이 고안되었다.
그러나, 종래 배터리 모듈에서, 모듈 케이스 내에 절연유를 가득 채울 경우, 배터리 셀들의 발열에 의한 온도 상승에 따른 절연유의 팽창으로 모듈 케이스로 압력이 가해져 모듈 케이스의 변형 등이 발생하여 배터리 모듈의 구조적 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
이를 방지하기 위한 방안으로, 종래 배터리 모듈에서, 팽창된 절연유를 보관하기 위한 콘서베이터 등의 추가 구조물을 모듈 케이스에 장착시키는 방안이 고안되었다.
그러나, 콘서베이터 등의 추가 구조물을 장착할 경우, 이러한 추가 구조물 장착에 따라 제조 비용이 상승하며, 배터리 모듈의 전체 부피가 필연적으로 증가하게 되어 최근의 슬림화 트렌드에 따른 배터리 모듈의 슬림화 구조를 저해하는 문제가 있다.
그래서, 이러한 제조 비용, 배터리 모듈의 슬림화 및 절연유의 팽창 측면을 모두 고려하여, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내에 절연유를 가득 채우지 않는 방안이 고안되었다.
그러나, 이러한 구조에서는 모듈 케이스 내의 모듈 케이스와 절연유와의 이격 부분에서 냉각 성능이 떨어질 수 밖에 없어, 전체 배터리 모듈의 냉각 성능이 저하되는 문제가 있다.
그러므로, 제조 비용을 절감하면서 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 보다 슬림한 구조의 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 비용을 절감하면서 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 보다 슬림한 구조의 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들이 잠길 수 있게 내부에 소정 높이로 냉매가 채워지는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 복수 개의 냉각 핀들; 및 상기 복수 개의 냉각 핀들을 향해 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내벽으로부터 돌출되는 복수 개의 냉각 가이드 돌기들;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 복수 개의 냉각 핀들과 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들 사이에 배치되며, 상기 냉매를 통과시키는 다공부재;를 포함할 수 있다.
상기 다공부재의 일면에는, 볼록부와 오목부가 교대로 형성될 수 있다.
상기 볼록부는, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들을 마주할 수 있다.
상기 냉매는, 상기 모듈 케이스의 상측 내벽으로부터 소정 거리 이격되며, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들은, 상기 모듈 케이스의 상측 내벽으로부터 돌출되며, 일단부가 상기 냉매에 잠길 수 있다.
상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들의 일단부는, 절연 코팅될 수 있다.
상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들은, 상기 모듈 케이스의 상측 내벽 중앙에 밀집되게 배치될 수 있다.
각각의 냉각 가이드 돌기 사이의 거리는, 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내벽 중앙에서 적어도 일측 내벽 가장자리로 갈수록 멀어질 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽으로부터 돌출되는 복수 개의 열 방출 돌기들;을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 영 방출 돌기들은, 상기 모듈 케이스를 사이에 두고 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들의 반대편에 배치될 수 있다.
각각의 열 방출 돌기 사이의 거리는, 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽 중앙에서 적어도 일측 외벽 가장자리로 갈수록 멀어질 수 있다.
각각의 열 방출 돌기의 돌출 길이는, 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽 중앙에서 적어도 일측 외벽 가장자리로 갈수록 짧아질 수 있다.
상기 복수 개의 냉각핀들의 양단부 중 적어도 하나는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 냉매는, 절연유일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 제조 비용을 절감하면서 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 보다 슬림한 구조의 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 상측 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 상측 부분의 확대도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 A 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각 핀(300), 냉각 가이드 돌기(400) 및 다공부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다 .이러한 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비되어 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 배터리 셀(100)은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전극 리드는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있으며, 상기 양극 리드는 상기 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 상기 음극 리드는 상기 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는 상기 배터리 모듈(10)의 외관을 형성하고, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 상기 모듈 케이스(200)는 상기 배터리 셀들(100)의 냉각이나 외부 충격 등으로부터 상기 배터리 셀들(100)을 보호할 수 있게 소정 강도를 갖는 금속 재질로 구비될 수 있다.
이러한 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 냉각을 위해 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)이 잠길 수 있게 내부에 소정 높이로 냉매(R)가 채워질 수 있다.
상기 냉매(R)는 상기 모듈 케이스(200) 내에서 자연 대류를 통해 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 냉각시킬 수 있으며, 상기 냉매(R)의 투입으로 인한 상기 배터리 셀(100)의 단락이나 쇼트 등을 방지할 수 있게 절연유로 구비될 수 있다.
이러한 상기 냉매(R)는 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)으로부터 소정 거리(d) 이격될 수 있게 상기 모듈 케이스(200) 내부에 채워질 수 있다. 상기 냉매(R)는 상기 배터리 셀들(100)의 온도 상승에 따라 팽창될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 냉매(R)의 팽창을 고려하여 상기 냉매(R)가 상기 모듈 케이스(200) 내에 채워질 때 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)으로부터 소정 거리(d) 이격되게끔 채워지기에, 상기 냉매(R)의 팽창으로 인한 상기 모듈 케이스(200)의 변형 등을 방지할 수 있다.
상기 냉각 핀(300)은 상기 모듈 케이스(200) 내에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 핀(300)은 복수 개로 구비되어 각각의 배터리 셀(100) 사이 사이에서 각각의 배터리 셀(100)에 접촉 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 냉각 핀들(300)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)로부터 발생한 열을 흡수함과 아울러 흡수된 열을 상기 냉매(R)로 전달시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 시 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다.
상기 복수 개의 냉각 핀들(300)의 양단부(302, 304) 중 적어도 하나는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 적층 방향을 따라 연장될 수 있다. 즉, 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)의 적어도 일단부는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 좌우 방향을 따라 연장될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서는 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)의 양단부 모두, 즉, 상측 단부(302) 및 하측 단부(304) 모두가 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 좌우 방향 중 적어도 일 방향을 따라 연장될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)은 "L"자 형상 또는 "T"자 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 형상을 통해, 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)은 상기 냉매(R)와의 접촉 면적을 보다 더 확보할 수 있어, 상기 냉매(R) 측으로의 열 전달율을 보다 더 높일 수 있다.
상기 냉각 가이드 돌기(400)는 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)을 향해 상기 모듈 케이스(200)의 적어도 일측 내벽(202)으로부터 돌출될 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각 가이드 돌기(400)는 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)으로부터 하측으로 돌출될 수 있다. 이때, 상기 냉각 가이드 돌기(400)의 일단부(402)는 상기 냉매(R) 내에 잠길 수 있다.
이러한 상기 냉각 가이드 돌기(400)는 상기 냉매(R)의 열을 상기 모듈 케이스(200)로 전달하는 것을 가이드 할 수 있다. 본 실시예에서 상기 모듈 케이스(200)의 내부 상측의 소정 공간에는 상기 냉매(R)의 팽창을 고려하여 상기 냉매(R)가 채워지지 않는다. 상기 냉매(R)의 온도가 상승될 경우, 상기 냉매(R)는 자연 대류에 의해 상기 모듈 케이스(200)의 내부 상측에서 가장 높은 온도를 보일 수 있다.
이때, 냉각 가이드 돌기(400)는 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)으로부터 돌출되어 상기 냉매(R)에 부분적으로 잠겨 있기에, 상기 냉매(R)의 열을 상기 모듈 케이스(200)의 상측(202)으로 효과적으로 전달할 수 있다. 상기와 같은 열 전달을 위해 상기 냉각 가이드 돌기(400)는 상기 모듈 케이스(200)와 같은 높은 열 전도율을 갖는 금속 재질로 구비될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는 상기 냉각 가이드 돌기(400)를 통해, 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 냉매(R)가 상대적으로 더 높은 온도를 갖는 부분에서 상기 냉매(R)의 온도를 효과적으로 낮출 수 있으며, 또한, 상기 모듈 케이스(200) 내의 상기 냉매(R)가 채워지지 않는 부분에서 발생될 수 있는 냉각 성능 저하를 방지할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는 상기 냉각 가이드 돌기(400)를 통해 상기 배터리 모듈(10)의 구동 후 일정 시간 이후 발생된 가스 등에 의해 상기 모듈 케이스(200)와 상기 냉매(R) 사이의 접촉이 제한되는 경우에 발생될 수 있는 냉각 성능 저하에도 효과적으로 대응할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 상기 모듈 케이스(200) 내의 상기 냉매(R)가 채워지지 않는 부분에서의 냉각 성능 저하가 방지될 수 있기에, 종래와 같이 팽창된 냉매(R)를 보관하기 위해 상기 모듈 케이스(200)에 장착되던 별도의 콘서베이터 등의 추가 구조물을 장착시킬 필요가 없다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 콘서베이터 등을 생략할 수 있기에, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
이러한 상기 냉각 가이드 돌기(400)는 보다 더 효과적인 열 전달을 위해 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)은 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)으로부터 서로 소정 거리 이격되게 돌출될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)은 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202) 중앙에 밀집되게 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400) 사이의 거리는, 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202) 중앙에서 상측 내벽(202) 가장자리로 갈수록 멀어질 수 있다. 상기 적층되는 배터리 셀들(100) 중 중앙 측에 배치되는 배터리 셀들(100)은, 외곽 측에 배치되는 배터리 셀들(100)보다 상기 냉매(R)와의 접촉 면적이 적기에, 상대적으로 더 높은 온도 분포도를 갖는다.
본 실시예에서, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)은 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202) 중앙에 밀집 배치되기에, 상기 냉각 시 상기 중앙 측에 배치되는 배터리 셀들(100)에서 발생되는 열을 보다 더 효과적으로 낮출 수 있다.
상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)의 상기 배터리 셀들(100)을 향해 돌출되는 일단부(402)는 절연 코팅될 수 있다. 이는 외부 충격 등으로 인해 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)이 상기 배터리 셀들(100)에 접촉될 경우에 발생될 수 있는 단락이나 쇼트 등을 방지하기 위함이다.
상기 다공부재(500)는 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)과 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400) 사이의 접촉을 방지하기 위한 것으로서, 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)과 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400) 사이에 배치될 수 있다. 상기 배터리 모듈(10) 외부에서의 충격 등이 발생할 경우, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)이 상기 복수 개의 냉각 핀들(300), 나아가, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)과 접촉될 수 있는데, 이때, 상기 금속 재질의 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)로 인한 단락이나 쇼트 등이 발생될 수 있다. 상기 다공부재(500)는 이를 방지할 수 있게 상기 복수 개의 냉각 핀들(300)과 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400) 사이에 배치되어, 이러한 충격 등으로 인한 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)과 상기 복수 개의 냉각 핀들(300) 사이의 접촉 위험을 원천적으로 차단시킬 수 있다.
이러한 상기 다공부재(500)에는 상기 냉매(R)를 통과시킬 수 있는 크기의 다공들이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉매(R)는 상기 다공부재(500)를 자유로이 통과할 수 있기에, 상기 다공부재(500)의 간섭 없이 대류에 의한 열 교환을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 다공부재(500)는 볼록부(520) 및 오목부(540)를 포함할 수 있다.
상기 볼록부(520)와 상기 오목부(540)는 상기 다공부재(500)의 일면, 구체적으로, 상기 다공부재(500)의 상면에 교대로 형성될 수 있다. 교대로 형성된다 함은 두 개의 볼록부(520) 사이에 하나의 오목부(540)가 배치되며, 두 개의 오목부(540) 사이에 하나의 볼록부(520)가 배치되는 형태로 형성되는 것을 의미할 수 있다.
여기서, 상기 볼록부(520)는 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)을 마주하며, 상기 오목부(520)는 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400) 사이에서 상기 모듈 케이스(200)의 상측 내벽(202)을 마주하게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 모듈 케이스(200)의 상하 방향에서, 상기 다공부재(500)의 하면에서 상기 볼록부(520)까지의 높이(h1)는 상기 다공부재(500)의 하면에서 상기 오목부(540)까지의 높이(h2)보다 높을 수 있다.
이는, 상기 다공부재(500)에서, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)을 마주하는 부분에서는 상기 볼록부(520)를 통해 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)과 상기 냉각 핀들(300) 또는 상기 배터리 셀들(100)의 접촉을 보다 확실히 방지하며, 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)을 마주하지 않는 부분에서는 상기 오목부(540)를 통해 상기 냉매(R)의 열 교환 효율을 높일 수 있게 상기 냉매(R)의 통과 속도를 보다 더 빨라지도록 하기 위함이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 이상 살펴 본 것과 같은 상대적인 간단한 구조로 상기와 같은 냉각 성능을 확보할 수 있기에, 제조 비용을 절감하면서 냉각 성능을 향상시킬 수 있으며, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은 앞선 실시예에서의 상기 배터리 모듈(10)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 동일하거나 또는 유사한 구성에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각 핀(300), 냉각 가이드 돌기(400), 다공부재(500) 및 열 방출 돌기(600)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각 핀(300), 상기 냉각 가이드 돌기(400) 및 상기 다공부재(500)는 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 열 방출 돌기(600)는 상기 모듈 케이스(200)의 적어도 일측 외벽으로부터 돌출될 수 있다. 이러한 상기 열 방출 돌기(600)는 열 방출 효율을 높일 수 있게 높은 열 전도도를 갖는 금속 재질로 구비될 수 있다.
이하, 상기 열 방출 돌기(600)는 그 제조의 용이성 및 제조 비용 절감을 위해 상기 모듈 케이스(200) 및 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)과 같은 금속 재질로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 열 방출 돌기(600)는 상기 모듈 케이스(200)에서 상대적으로 가장 높은 온도 분포를 갖는 부분의 온도를 보다 효과적으로 낮출 수 있게 상기 모듈 케이스(200)의 상측 외벽(206)으로부터 돌출될 수 있다. 앞서 살펴 본 바와 같이, 상기 냉매(R)의 자연 대류로 인해 상기 모듈 케이스(200)의 상측 부분에서 가장 높은 온도 분포를 갖기 때문이다.
이러한 상기 열 방출 돌기(600)는 보다 더 효과적인 열 전달을 위해 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 열 방출 돌기들(600)은 상기 모듈 케이스(200)를 사이에 두고 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들(400)의 반대편에 배치될 수 있다.
여기서, 각각의 열 방출 돌기(600) 사이의 거리는, 상기 모듈 케이스(200)의 상측 외벽(206) 중앙에서 상측 외벽(206) 가장자리로 갈수록 멀어질 수 있다. 그리고, 각각의 열 방출 돌기(600)의 돌출 길이는, 상기 모듈 케이스(200)의 상측 외벽(206) 중앙에서 상측 외벽(206) 가장자리로 갈수록 짧아질 수 있다.
앞서 살펴 본 바와 같이, 배터리 셀들(100)의 중앙 부분에서의 온도가 가장자리 부분보다 높기에, 이에 대응되는 모듈 케이스(200)의 상측 외벽(206), 또한, 중앙 부분에서의 온도가 가장자리 부분보다 높게 된다. 이를 고려하여, 복수 개의 열 방출 돌기들(600)은 상기 중앙 부분에서 더 밀집 배치됨과 아울러 방열 표면적을 보다 더 확보할 수 있게 상기 중앙 부분에서 더 긴 돌출 길이를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는 실질적으로 높은 온도를 갖는 부분에 상기 열 방출 돌기들(600)이 집중 배치되기에, 단순히 냉각 성능을 높이기 위해 열 방출 돌기들의 개수나 길이만을 늘리게 될 경우 발생되는 상기 배터리 모듈(20)의 제조 비용이나 모듈 사이즈 증가가 최소화될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)은 상기 복수 개의 열 방출 돌기들(600)을 통해 상기 배터리 모듈(20)의 냉각 시, 냉각 성능을 보다 더 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10, 20) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10, 20)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩
10, 20: 배터리 모듈
50: 팩 케이스
100: 배터리 셀
200: 모듈 케이스
300: 냉각 핀
400: 냉각 가이드 돌기
500: 다공부재
520: 볼록부
540: 오목부
600: 열 방출 돌기

Claims (16)

  1. 복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들이 잠길 수 있게 내부에 소정 높이로 냉매가 채워지는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 복수 개의 냉각 핀들; 및
    상기 복수 개의 냉각 핀들을 향해 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내벽으로부터 돌출되는 복수 개의 냉각 가이드 돌기들;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉각 핀들과 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들 사이에 배치되며, 상기 냉매를 통과시키는 다공부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다공부재의 일면에는,
    볼록부와 오목부가 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 볼록부는,
    상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들을 마주하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는,
    상기 모듈 케이스의 상측 내벽으로부터 소정 거리 이격되며,
    상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들은,
    상기 모듈 케이스의 상측 내벽으로부터 돌출되며, 일단부가 상기 냉매에 잠기는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들의 일단부는,
    절연 코팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들은,
    상기 모듈 케이스의 상측 내벽 중앙에 밀집되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 냉각 가이드 돌기 사이의 거리는,
    상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내벽 중앙에서 적어도 일측 내벽 가장자리로 갈수록 멀어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽으로부터 돌출되는 복수 개의 열 방출 돌기들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 영 방출 돌기들은,
    상기 모듈 케이스를 사이에 두고 상기 복수 개의 냉각 가이드 돌기들의 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    각각의 열 방출 돌기 사이의 거리는,
    상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽 중앙에서 적어도 일측 외벽 가장자리로 갈수록 멀어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제9항에 있어서,
    각각의 열 방출 돌기의 돌출 길이는,
    상기 모듈 케이스의 적어도 일측 외벽 중앙에서 적어도 일측 외벽 가장자리로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉각핀들의 양단부 중 적어도 하나는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는,
    절연유인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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