KR20190032552A - 배터리 모듈, 파워 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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지웨이 통
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지엔화 주
옌 주
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비와이디 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈, 파워 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 상기 배터리 모듈은 상기 배터리 모듈의 좌우 방향으로 적층된 복수의 중간 분리기와, 복수의 셀과, 상기 배터리 모듈의 전면측에 제공된 장착 플레이트와, 상기 장착 플레이트에 고정된 환풍기를 포함한다. 상기 중간 분리기에는 중간 방열 공기 플레이트가 제공되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 내측에는 전후 방향으로 관통하는 중간 방열 공기 통로가 형성된다. 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 셀의 우측면 사이에서 열이 교환되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 셀의 좌측면 사이에서 열이 교환된다. 상기 중간 방열 공기 통로는 제1 송풍구와 제2 송풍구를 가지며, 상기 장착 플레이트와 상기 셀의 선단면 사이에 캐비티가 제공되고, 상기 제1 송풍구가 상기 캐비티로 이어지며, 상기 제2 송풍구는 상기 배터리 모듈의 후방측에 제공되어 상기 배터리 모듈의 외부로 연결된다. 본 발명의 배터리 모듈은 높은 방열 효율을 가지며, 급속 충전/방전(3 내지 6C의 높은 속도로 충전/방전) 중에 방열 문제를 해결할 수 있다.

Description

배터리 모듈, 파워 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2016년 08월 30일자로 중화인민공화국의 중국특허청에 제출한 중국특허출원 201610761833.9호의 우선권과 그 이익을 주장하며, 그 출원의 전체 내용은 여기서 원용하도록 한다.
본 발명은 신 에너지 자동차에 관한 것으로, 특히 배터리 모듈, 파워 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
파워 배터리 팩은 신 에너지 자동차를 위한 에너지 공급 장치이다. 일반적으로, 파워 배터리 팩은 나란히 배치된 복수의 배터리 모듈로 구성되며, 각 배터리 모듈은 적층된 복수의 배터리로 형성된다.
배터리 모듈의 충전/방전 중에, 열이 발생한다. 적시에 열이 발산되지 않으면 배터리 모듈의 성능에 영향을 주거나 위험이 초래될 수 있다. 배터리 모듈의 열은 일반적으로 공랭식 및 수냉식을 통해 발산된다.
배터리 모듈에 대한 공랭식을 통한 기존의 방열 솔루션은 다음과 같다:
(1) 공랭식 방열판이 배터리 모듈의 저부에 배치되고, 셀은 저면에서만 방열판과 접촉하며, 따라서 작은 면적의 열만 발산되고, 방열 효율성은 제한적이다.
(2) 배터리 모듈의 상면 및 하면에 방열판을 배치하고, 사각형의 전기 화학 셀(상기 셀)의 상면 및 하면을 각각 두 개의 방열판에 밀착시킨다. 첫 번째 솔루션에 비해 방열량이 약간 증가하지만 제조 비용은 60~80% 증가한다.
(3) 전기 화학 셀은 증기 챔버(히트 파이프)를 사용하여 배터리 모듈의 저부에 있는 방열재 또는 트레이에 열을 전도시키고, 트레이에 제공된 공냉식 구조를 사용하여 파워 배터리 팩으로부터 열을 빼낸다.
전술한 솔루션 (1) 및 (2)에서, 셀의 상이한 배치에 따라, 전기 화학 셀의 방열 면적 비율(전기 화학 셀의 표면 영역에서 방열판과 셀 사이의 접촉 영역의 백분율)은 5% 내지 25%로 변화하며, 여기서 방열 효과는 제한되고, 배터리 모듈의 속도는 1 내지 2C로 변할 수 있다. 또한, 솔루션 (2)에서 요구되는 방열판은 부피가 크고 비용이 높기 때문에, 밀봉 상태의 파워 배터리 팩에 적용하기가 어렵다.
상술한 솔루션 (3)의 공냉식 방열 구조는 부피가 작지만, 히트 파이프의 전도 효율이 상대적으로 낮고, 트레이 방열기의 방열 효율이 높지않다(방열 면적이 제한적임). 따라서, 이 솔루션에서, 파워 배터리 팩의 연속 충전/방전 속도는 1C 이내 일수 밖에 없으며, 급속 충전/방전(3 내지 6C의 고속 충전/방전) 시 배터리 모듈의 방열 문제는 해결될 수 없다.
또한, 전술한 세 개의 공냉식 방열 솔루션은 파워 배터리 팩을 가열하는 기능을 구현하는데 사용될 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존의 배터리 모듈 공냉식 방열 구조의 방열 면적이 작고, 기존의 배터리 모듈 공랭식 방열 구조의 방열 효율이 제한적인 단점을 해소하기 위한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 문제점을 해결하기 위한 개시에 사용된 기술적 해결책은 다음과 같다.
배터리 모듈이 제공되며, 상기 배터리 모듈의 좌우 방향으로 적층된 복수의 중간 분리기와, 복수의 셀과, 상기 배터리 모듈의 전면측에 제공된 장착 플레이트와, 상기 장착 플레이트에 고정된 환풍기를 포함한다. 상기 중간 분리기에는 중간 방열 공기 플레이트가 제공되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 내측에는 전후 방향으로 관통하는 중간 방열 공기 통로가 형성된다. 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 셀의 우측면 사이에서 열이 교환되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 셀의 좌측면 사이에서 열이 교환된다. 상기 중간 방열 공기 통로는 제1 송풍구와 제2 송풍구를 가지며, 상기 장착 플레이트와 상기 셀의 선단면 사이에 캐비티가 제공되고, 상기 제1 송풍구가 상기 캐비티로 이어지며, 상기 제2 송풍구는 상기 배터리 모듈의 후방측에 제공되어 상기 배터리 모듈의 외부로 연결된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 중간 방열 공기 플레이트와 중간 분리기는 일체로 형성된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 가이드 홈이 상기 중간 방열 공기 플레이트의 상측 및 하측에 제공되고, 상기 가이드 홈에 슬라이드 삽입되어 끼워지는 가이드 레일이 상기 중간 분리기의 대응하는 위치에 제공된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 가이드 홈은 상기 중간 방열 공기 플레이트의 상측 또는 하측에서 전후 방향으로 연장되고, 바요넷이 상기 가이드 홈의 일단에 제공되고, 상기 가이드 레일 상에 있으며 상기 바요넷에 대응하는 위치에 제한 블록이 제공되며, 상기 제한 블록은 바요넷에 스냅되어 상기 가이드 홈이 상기 가이드 레일에 삽입되는 위치를 제한한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 가이드 홈의 타단에는 스냅 게이지가 제공되고, 상기 가이드 레일상의 상기 스냅 게이지에 대응하는 위치에 탈착 방지 바브가 제공되며, 상기 탈착 방지 바브는 상기 가이드 홈이 삽입될 때 상기 스냅 게이지를 걸 수 있어서 상기 가이드 레일이 상기 가이드 홈으로부터 빠지는 것을 방지한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 내측에 복수의 라미네이트가 제공되고, 상기 라미네이트는 상기 중간 방열 공기 통로를 복수의 단위 공기 통로로 분리한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 단위 공기 통로에는 복수의 융기선이 제공된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 열전도성 절연 패드가 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 상기 셀의 우측면 사이에 제공되고, 또한 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 상기 셀의 좌측면 사이에 제공된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 셀 아래에 제공되는 하부 방열 공기 플레이트를 포함하고, 열은 상기 하부 방열 공기 플레이트의 상부면과 상기 셀의 하부면 사이에서 교환된다. 상기 하부 방열 공기 플레이트의 내부에는 전후 방향으로 관통하는 하부 방열 공기 통로가 형성되며, 상기 하부 방열 공기 통로는 제3 송풍구와 제4 송풍구를 갖는다. 상기 제3 송풍구는 상기 캐비티로 이어지고, 상기 제4 송풍구는 상기 배터리 모듈의 후방에 제공되어 상기 배터리 모듈의 외부로 연결된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 하부 방열 공기 플레이트는 방열 플레이트와 상기 방열 플레이트의 저면에 나란히 설치된 복수의 핀을 포함한다. 상기 하부 방열 공기 플레이트의 아래에는 하부 보호 커버가 설치되고, 상기 하부 보호 커버와 상기 복수의 핀 사이에 하부 방열 공기 통로가 형성된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 방열 플레이트와 상기 복수의 셀의 하부면 사이에 제2 열전도성 절연 패드가 개재된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 배터리 모듈의 가장 우측의 셀의 외측에 제1 측판이 고정 설치되고, 상기 배터리 모듈의 가장 좌측의 셀의 외측에 제2 측판이 고정 설치된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 제1 측판의 외측에 우측 금속판이 고정되고, 상기 제2 측판의 외측에는 좌측 금속판이 고정되며, 상기 배터리 모듈의 상부에는 상부 보호 커버가 제공되고, 상기 장착 플레이트의 좌측, 우측, 상측 및 하측은 상기 좌측 금속판, 상기 우측 금속판, 상기 상부 보호 커버 및 상기 하부 보호 커버에 각각 고정적으로 연결되며, 배터리 모듈 관리 유닛이 상기 장착 플레이트 상에 고정식으로 제공된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 환풍기는 팬이고, 상기 장착 플레이트에는 제1 팬 장착 홀과 제2 팬 장착 홀이 제공되고, 상기 팬은 상기 제1 팬 장착 홀과 상기 제2 팬 장착 홀에 설치된다.
또한, 본 발명은 파워 배터리 팩을 제공하고, 상기 파워 배터리 팩은 상기 복수의 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 복수의 배터리 모듈의 상기 중간 방열 공기 통로는 동일한 방향을 갖는다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 파워 배터리 팩은 배터리 트레이 및 배터리 팩 실링 커버로 이루어진 하우징을 포함하고, 상기 배터리 팩 실링 커버는 상기 배터리 트레이의 상부에 연결되어 상기 배터리 팩 실링 커버와 상기 배터리 트레이 사이에 공간을 형성하여 상기 배터리 모듈을 설치하며, 복수의 배터리 모듈은 상기 공간 내에 간격을 두고 제공되어 인접한 두 배터리 모듈 사이 및/또는 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내측벽 사이에 외부 공기 통로를 형성한다. 상기 외부 공기 통로는 상기 제2 송풍구를 통해 상기 중간 방열 공기 통로 및 상기 캐비티로 이어진다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 복수의 배터리 모듈은 동일 수량의 두 개의 행으로 배열되고, 각 열의 두 개의 배터리 모듈의 가장자리는 동일 평면에 있으며, 상기 외부 공기 통로는 상기 배터리 모듈과 상기 배터리 트레이의 내측벽 사이에 형성된 외부 순환 공기 통로 및 상기 배터리 모듈의 두 개의 행 사이에 형성된 외부 중앙 공기 통로를 포함한다. 상기 외부 중앙 공기 통로의 양단에는 반도체 냉/난방 모듈이 제공되며, 상기 반도체 냉/난방 모듈은 상기 외부 중앙 공기 통로를 상기 외부 순환 공기 통로로부터 분리시킨다. 상기 외부 중앙 공기 통로는 상기 반도체 냉/난방 모듈을 사용해 상기 파워 배터리 팩의 외부로 연결되며, 한 행의 배터리 모듈은 공기 흡입을 수행하고, 다른 행의 배터리 모듈은 공기 송풍을 수행한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 배터리 트레이를 관통하는 트레이 방열 공기 통로가 상기 배터리 트레이의 하부에 제공되며, 상기 트레이 방열 공기 통로의 자동차의 전방을 향한 방향의 개구에는 스포일러가 제공되고, 상기 스포일러는 상기 트레이 방열 공기 통로의 상기 자동차의 전방을 향하는 측의 개구를 개폐하도록 사용되는 스포일러 공기 통로 제어 커버를 구비한다.
또한, 본 발명은 자동차를 제공하고, 상기 자동차는 상기 파워 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 배터리 모듈 및 파워 배터리 팩에 따르면, 환풍기는 제2 송풍구로부터 공기를 흡입하거나 중간 방열 공기 통로와 캐비티를 통해 제2 송풍구로 공기를 송풍할 수 있으며, 따라서 공기(냉기, 상온 또는 고온의 공기)가 중간 방열 공기 통로 내에서 순환되도록 할 수 있다. 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 셀의 우측면 사이에서 열이 교환되고, 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 셀의 좌측면 사이에서 열이 교환된다, 즉 중간 방열 공기 플레이트와 셀 상의 넓은 영역의 좌우 측면 사이에서 열이 연속적으로 교환된다. 중간 방열 공기 통로의 내측벽은 열교환면이고, 열교환면의 셀 표면적에 대한 비율은 25%보다 훨씬 크다. 배터리 모듈의 열이 발산될 필요가 있을 때, 셀로부터 전도된 열은 열교환면으로부터 발산되고, 중간 방열 공기 통로를 통해 흐르는 공기와 교환되어 배터리 모듈의 열을 발산한다. 배터리 모듈의 방열 효율은 상부 및 하부에 방열판을 추가하는 종래의 해결책에 비해 더 높다. 시뮬레이션 및 테스트에 따르면, 셀 에너지가 50~80Ah 인 배터리 모듈은 4C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있고, 셀 에너지가 20~40Ah 인 배터리 모듈은 6C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있음을 보여준다. 급속 충전/방전(3~6C의 고속 충전/방전) 중에 배터리 모듈이 방열 문제를 해결할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 배터리 모듈을 가열할 필요가 있는 경우, 중간 방열 공기 통로를 흐르는 공기의 열을 중간 방열 공기 플레이트를 사용하여 열교환면으로부터 셀에 전도시켜 배터리 모듈을 가열한다. 이러한 방식으로, 파워 배터리 팩이 장착된 자동차는 추운 지역에 적응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전후 방향의 수직 단면을 갖는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌우 방향의 수직 단면을 갖는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 중간 방열 공기 플레이트의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해도(상부 보호 커버가 제거됨)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 배면도(상부 보호 커버가 제거됨)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 장착 플레이트, 중간 방열 공기 플레이트, 및 하부 방열 공기 플레이트의 조립 개략도이다.
도 9는 도 8의 분해도이다.
도 10은 도 9의 또 다른 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 셀 및 중간 방열 공기 플레이트의 위치를 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 중간 분리기와 중간 방열 공기 플레이트의 조립 과정을 나타낸 개략도이다.
도 13은 도 12의 "a" 부분의 확대도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 중간 분리기의 개략도이다.
도 15는 도 14의 "b"의 확대도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 분리기상의 배터리 모듈의 중간 방열 공기 플레이트의 일체 성형의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 배터리 팩의 내부 구조를 도시한 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 배터리 팩의 분해도(스포일러 공기 통로 제어 커버가 개방됨)이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 배터리 팩의 분해도(스포일러 공기 통로 제어 커버가 폐쇄됨)이다.
본 명세서에서 기술적인 문제를 해결하고, 기술적인 솔루션과 유익한 효과를 보다 명확하게 하기 위해, 본 발명은 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다. 여기에 설명된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제한하는 대신에 본 발명을 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다.
이하에서, 명확한 설명을 쉽게하기 위해, 배터리 모듈이 정상적으로 배치될 때, 장착 플레이트가 배치되는 방위가 배터리 모듈의 전방측이고, 전방측이 배터리 모듈의 왼쪽(좌측), 오른쪽(우측), 후방, 상부(위) 및 하부(아래)에 대한 참조로 사용할 수 있다. 특정 방향에 대해서는 도 1, 2 및 6을 참조할 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 모듈(100)의 좌우 방향으로 적층된 복수의 중간 분리기(1), 복수의 사각형 셀(2), 배터리 모듈의 전방측에 제공된 장착 플레이트(3) 및 장착 플레이트(3) 상에 고정되어 환풍기로 사용되는 팬(4)을 포함한다. 그리고, 중간 분리기(1)에는 중간 방열 공기 플레이트(5)가 제공되고, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 내부에는 전후 방향으로 관통하는 중간 방열 공기 통로(51)가 형성되어 있다. 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측면 및 중간 방열 공기 플레이트 좌측의 셀(2)의 우측면과의 사이에서 열 교환이 이루어지고, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 우측면 및 중간 방열 공기 플레이트 우측의 셀(2)의 좌측면과의 사이에서 열 교환이 이루어진다. 사각형 셀(2)의 상면, 하면, 전면 및 후면의 영역은 좌측면 및 우측면의 영역보다 훨씬 작다. 중간 방열 공기 통로(51)는 제1 송풍구(511)와 제2 송풍구(512)를 가지며, 장착 플레이트(3)와 셀(2)의 전단면 사이에 캐비티(6)가 제공된다. 제1 송풍구(511)는 캐비티(6)로 이어지고, 제2 송풍구(512)는 배터리 모듈(100)의 후방에 제공되어 배터리 모듈(100)의 외부로 연결된다.
본 실시예에서, 두 개의 인접한 중간 분리기(1)는 스태킹을 구현하도록 스냅 끼워맞춤(snap-fitted)되고, 동시에 셀(2)은 조임효과를 갖는다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 팬(4)이 있다. 장착 플레이트(3)는 제1 팬 장착 홀(31) 및 제2 팬 장착 홀(32)을 구비하고, 팬(4)은 제1 팬 장착 홀(31)과 제2 팬 장착 홀(32)에 장착되며, 장착 플레이트(3)에 좌우 방향으로 간격을 두고 배치된다. 물론, 다른 실시예에서, 하나 또는 셋 이상의 팬(4)이 있을 수 있다. 이것은 방열 요구 사항에 기초하여 설계된다.
본 명세서에서의 공기 흡입은 공기 흡입 팬을 사용하여 캐비티(6) 내에 부압(negative pressure)을 발생시키고, 배터리 모듈(100)의 후방측으로부터 공기를 흡입하는 것으로서, 배터리 모듈(100)의 후방측으로부터의 공기는 중간 방열 공기 통로(51)(하부 방열 공기 통로(81)), 캐비티(6) 및 팬(4)을 통과한 후 배터리 모듈(100)의 전방측으로 배출된다. 송풍은 송풍 팬을 이용하여 배터리 모듈(100)의 전방측으로부터 공기를 유도하는 것으로서, 배터리 모듈(100)의 전방측으로부터의 공기는 팬(4), 캐비티(6) 및 중간 방열 공기 통로(51)(하부 방열 공기 통로(81))를 통과한 후 배터리 모듈(100)의 후방측으로부터 외부로 배출된다.
본 실시예에서, 공기 흡입 기능을 갖는 팬(4)이 설명의 예로 사용된다. 제1 송풍구(511)는 중간 방열 공기 통로(51)의 공기 출구이고, 제2 송풍구(512)는 중간 방열 공기 통로(51)의 공기 입구이다. 팬(4)은 중간 방열 공기 통로(51) 및 캐비티(6)를 통해 제2 송풍기(512)로부터의 공기를 흡입할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100) 외부의 공기는 제2 송풍구(512)로 들어가서 중간 방열 공기 통로(51) 및 캐비티(6)로 흐르고, 팬(4)의 전방측을 통해 배터리 모듈(100)로부터 배출된다.
배터리 모듈(100)의 열이 발산될 필요가 있을 때, 팬(4)은 배터리 모듈(100) 외부의 공기(상온 또는 찬 공기)를 배터리 모듈(100) 내로 흡입하고, 셀(2)의 두 개의 큰 측면(좌우 측면)의 열은 중간 방열 공기 플레이트(5)로 전도되어 중간 방열 공기 통로(51)의 내부 측벽(열교환면)을 따라 중간 방열 공기 통로(51)로 분산된다. 열은 중간 방열 공기 통로(51)에 공기가 흐를 때 공기와 함께 날아가서 셀(2)의 방열을 실행한다. 반대로, 배터리 모듈(100)이 가열될 필요가 있을 때, 팬(4)은 배터리 모듈(100) 외부의 공기(열풍)를 배터리 모듈(100) 내로 흡입하고, 공기의 열은 중간 방열 공기 플레이트(5)를 사용해 중간 방열 공기 통로(51)를 따라 셀(2)의 두 개의 큰 측면(좌우 측면)으로 전도된다. 즉, 셀(2)은 공기가 중간 방열 공기 통로(51)를 흐를 때 가열된다.
물론, 다른 실시예에서, 팬(4)은 또한 공기를 송풍할 수 있다. 제1 송풍구(511)는 중간 방열 공기 통로(51)의 공기 유입구이고, 제2 송풍구(512)는 중간 방열 공기 통로(51)의 공기 배출구이다. 팬(4)은 중간 방열 공기 통로(51)와 캐비티(6)를 통해 제2 송풍구(512)로 공기를 송풍할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)의 외부 공기는 팬(4)의 전방측으로부터 유도되어 캐비티(6)와 중간 방열 공기 통로(51)를 흐르고, 제2 송풍구(512)(배터리 모듈(100)의 후방측)로부터 외부로 배출된다.
본 실시예에서, 도 5 및 도 16에 도시된 바와 같이, 중간 방열 공기 플레이트(5)와 중간 분리기(1)는 일체로 형성된다. 예를 들어, 중간 방열 공기 플레이트(5)는 사출 성형에 의해 중간 분리기(1)에 일체로 형성(매립)될 수 있으며, 중간 분리기(1)는 신축성이 좋고 조립이 간단하면서 임의의 방식으로 조립될 수 있으며, 따라서 제품의 조립 효율을 향상시킬 수 있다. 중간 방열 공기 플레이트(5)의 높이 방향의 양측에는 T자 구조물 설치되어 있어, T자 구조물은 사출 성형 위치 결정을 용이하게 하고 제품의 전체적인 강도를 향상시키는 기능을 갖는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 내부에는 복수의 라미네이트(52)가 제공되며, 라미네이트는 중간 방열 공기 통로(51)를 복수의 단위 공기 통로(513)로 분리하고, 단위 공기 통로(513)에는 복수의 융기선(53)이 제공된다. 본 실시예에서, 구체적으로, 여덟 개의 라미네이트(52)가 있다. 중간 방열 공기 통로(51)는 아홉 개의 동일 정사각형 단위 공기 통로(513)로 분할되고, 네 개의 융기선(53)이 각각의 단위 공기 통로(513)에 제공된다. 단위 공기 통로(513)와 융기선(53)은 일체적으로 압출되어 공기 통로 플레이트의 강도를 크게 향상시킬 수 있고, 압출 변형을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 네 개의 융기선(53)은 중간 방열 공기 통로(51)의 열교환 면적을 넓히고, 중간 방열 공기 플레이트를 통과하는 공기의 난류 규모를 증대시킴으로써 열교환 계수를 향상시키고, 방열 효과를 향상시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 열전도성 절연 패드(7)는 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측 측면과 중간 방열 공기 플레이트 좌측의 셀(2)의 우측 측면 사이에 제공되고, 또한 제1 열전도성 절연 패드(7)는 중간 방열 공기 플레이트(5)의 우측 측면과 중간 방열 공기 플레이트 우측의 셀(2)의 좌측 측면 사이에 제공된다. 즉, 제1 열전도성 절연 패드(7)는 중간 방열 공기 플레이트(5)와 양측의 단위 셀(2) 사이에 제공된다. 제1 열전도 절연 패드는 1-2W/Mk의 열전도도를 가지며, 우수한 내마모성 및 절연성을 갖는다. 제1 열전도성 절연 패드는 열 고무, UTP100 열전도성 절연시트 등일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일부 실시예에서, 도 2 내지 도 11에서와 같이, 배터리 모듈(100)은 복수의 셀(2) 아래에 제공되는 하부 방열 공기 플레이트(8)를 포함한다. 하부 방열 공기 플레이트(8)의 상부면과 셀(2)의 하부면 사이에서 열이 교환되고, 하부 방열 공기 플레이트(8)의 내부에는 전후 방향으로 관통하는 하부 방열 공기 통로(81)가 형성된다. 하부 방열 공기 통로(81)는 제3 송풍구(811)와 제4 송풍구(812)를 구비하고, 제3 송풍구(811)는 캐비티(6)로 이어지고, 제4 송풍구(812)는 배터리 모듈(100)의 후방에 구비되어 배터리 모듈(100)의 외부로 연결된다.
공기 흡입 기능을 갖는 팬(4)에 대응하여 제3 송풍구(811)는 하부 방열 공기통로(81)의 공기 출구이고, 제4 송풍구(812)는 하부 방열 공기 통로(81)의 공기 유입구이다. 팬(4)은 제4 송풍구(812)로부터의 공기를 하부 방열 공기 통로(81) 및 캐비티(6)를 통해 흡입할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100) 외부의 공기는 제4 송풍구(812)로 유입되어 하부 방열 공기 통로(81), 캐비티(6)를 통과해 흐르고, 팬(4)의 전방측을 통해 배터리 모듈(100)로부터 배출된다.
물론, 다른 실시예에서, 공기 송풍 기능을 갖는 팬(4)에 대응하여 제3 송풍구(811)는 하부 방열 공기 통로(81)의 공기 유입구이고, 제4 송풍구(812)는 하부 방열 공기 통로(81)의 공기 출구이다. 팬(4)은 하부 방열 공기 통로(81)와 캐비티(6)를 통해 제4 송풍구(812)로 공기를 송풍할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)의 외부 공기는 팬(4)의 전방측으로부터 유도되어 캐비티(6)와 하부 방열 공기 통로(81)를 흐르고, 제4 송풍구(812)(배터리 모듈(100)의 후방측)로부터 외부로 배출된다.
본 실시예에서, 하부 방열 공기 통로(81)와 중간 방열 공기 통로(51)는 서로 독립적이다.
본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 방열 공기 플레이트(8)는 핀 방열재(fin dissipator)이며, 방열 플레이트(82)와 이 방열 플레이트(82)의 저면에 나란히 설치된 복수의 핀(83)을 포함한다. 하부 방열 공기 플레이트(8)의 아래에는 하부 보호 커버(106)가 설치되고, 하부 보호 커버(106)와 복수의 핀(83) 사이에 하부 방열 공기 통로(81)가 형성된다. 제2 열전도성 절연 패드(9)는 방열 플레이트(82)와 복수의 셀(2)의 하부면 사이에 개재된다. 제2 열전도성 절연 패드(9) 및 제1 열전도성 절연 패드(7)의 기능은 유사하다.
팬(4)의 시동 중에, 제1 송풍구(511)와 제3 송풍구(811) 및 장착 플레이트(3) 중 캐비티(6) 내에 부압 영역이 형성된다. 부압의 크기 및 분포는 팬의 정압, 회전 속도 및 폭발 용량과 관련되며, 최적의 팬 모델, 수량 및 장착 위치는 시뮬레이션 및 테스트를 통해 결정될 수 있다.
본 실시예에서, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 양은 셀(2)의 배열과 관련된다. 도 6 및 도 11에서와 같이, 본 실시예에서, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측 및 우측 모두는 두 개의 셀(2)을 구비하고, 두 개의 셀(2)은 전후 방향으로 동일 평면에 있고, 복수의 셀(2)은 좌우 방향으로 두 개의 열로 배열된다. 이와 같이, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측면과 중간 방열 공기 플레이트의 좌측의 두 개의 셀(2)의 우측면 사이에서 열교환이 이루어지고, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 우측면과 중간 방열 공기 플레이트의 우측의 두 개의 셀(2)의 좌측면 사이에서 열교환이 이루어진다. 중간 방열 공기 플레이트(5)는 네 개의 셀(2) 사이에 위치하여 배터리 모듈의 용적을 최소화하면서 배터리 모듈의 동일한 방열 효율을 보장한다.
물론, 다른 실시예에서, 하나의 셀(2) 또는 세 개 이상의 셀(2)이 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측 및 우측 상에 개별적으로 제공될 수 있다.
배터리 모듈(100)의 열이 발산될 필요가 있을 때, 팬(4)은 배터리 모듈(100) 외부의 공기(상온 또는 찬 공기)를 제2 송풍구(512) 및 제4 송풍구(812)를 통해 배터리 모듈(100)(중간 방열 공기 통로(51) 및 하부 방열 공기 통로(81))내로 흡입하고, 셀(2)의 두 개의 큰 측면(좌우 측면)의 열은 중간 방열 공기 플레이트(5)로 전도되어 중간 방열 공기 통로(51)의 내부 측벽(열교환면)을 따라 중간 방열 공기 통로(51)로 분산된다. 열은 중간 방열 공기 통로(51)에 공기가 흐를 때 공기와 함께 날아가서 셀(2)의 방열을 실행한다. 반대로, 배터리 모듈(100)이 가열될 필요가 있을 때, 팬(4)은 배터리 모듈(100) 외부의 공기(따뜻한 공기)를 배터리 모듈(100) 내로 흡입하고, 공기의 열은 중간 방열 공기 플레이트(5)를 사용해 중간 방열 공기 통로(51)를 따라 셀(2)의 두 개의 큰 측면(좌우 측면)으로 전도된다. 즉, 셀(2)은 공기가 중간 방열 공기 통로(51)를 흐를 때 가열된다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 복수의 중간 방열 공기 플레이트(5)가 병렬로 제공된다. 복수의 중간 방열 공기 플레이트(5) 및 복수의 하부 방열 공기 플레이트(8)의 공기 유입구의 크기 및 비율이 최적화되어, 최적의 발산 효과 및 최적 온도 일관성이 달성될 수 있어, 충전/방전 속도와 배터리 모듈의 수명을 향상시킨다. 물론, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 양은 셀의 양 및 배열에 기초하여 필요에 따라 설계된다.
물론, 다른 실시예에서, 팬(4)은 또한 공기를 송풍할 수 있다. 팬(4)은 중간 방열 공기 통로(51) 및 캐비티(6)를 통해 제2 송풍구(512)에 공기를 송풍할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)의 외부 공기가 팬의 외부로부터 유도되어 캐비티(6) 및 중간 방열 공기 통로(51)를 통과하여 제2 송풍구(512)로부터 외부로 송풍된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 가장 우측의 셀(2)의 외측에 제1 측판(101)이 고정 설치되고, 제1 측판(101)의 외측에 우측 금속판(102)이 고정된다. 배터리 모듈(100)의 가장 좌측의 셀(2)의 외측에는 제2 측판(103)이 고정 설치되고, 제2 측판의 외측에는 좌측 금속판(104)이 고정된다. 배터리 모듈(100)의 상부에는 상부 보호 커버(105)가 구비되고, 배터리 모듈(100)의 하부에는 하부 보호 커버(106)가 구비된다. 하부 방열 공기 플레이트(8)는 복수의 셀(2)의 하부면과 하부 보호 커버(106) 사이에 제공되고, 장착 플레이트(3)의 좌측, 우측, 상측 및 하측은 좌측 금속판(104), 우측 금속판(102), 상부 보호 커버(105) 및 하부 보호 커버(106)에 각각 볼트에 의해 고정적으로 연결된다. 상부 보호 커버(105)는 나란히 배열된 세 개의 플레이트로 구성된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈 관리 유닛(107)은 장착 플레이트(3) 상에 고정식으로 제공된다.
전술한 실시예의 배터리 모듈에 따르면, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 좌측면과 중간 방열 공기 플레이트(5) 좌측의 셀(2)의 우측면과의 사이에서 열이 교환되고, 중간 방열 공기 플레이트(5) 우측의 셀(2)의 좌측면과 중간 방열 공기 플레이트(5)의 우측면과의 사이에서 열이 교환된다. 즉, 중간 방열 공기 플레이트(5)와 셀(2) 상의 더 큰 영역을 갖는 좌우측면 사이에서 열이 연속적으로 교환되고, 열은 하부 방열 공기 플레이트(8)와 셀(2)의 바닥 사이에서 교환될 수 있다. 중간 방열 공기 통로(51)의 열교환면과 하부 방열 공기 통로(81)의 열교환면의 합과 셀의 표면적의 비는 75% 이상이고(C17 전기 화학 셀의 경우 75%까지, C20 전기 화학 셀의 경우 85%까지의 비율이 가능), 따라서 방열 효율이 높다. 시뮬레이션 및 시험에 따르면, 본 발명에서는 50 내지 80Ah의 셀 용량을 갖는 배터리 모듈이 4C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있고, 20 내지 40Ah의 셀 용량을 갖는 배터리 모듈은 6C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있다. 급속 충전/방전 (3~6C의 고속 충전/방전) 중에 방열 문제를 해결하기 위해 배터리 모듈을 사용할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 배터리 모듈을 가열할 필요가 있는 경우에는, 중간 방열 공기 통로(51)를 흐르는 공기의 열이 중간 방열 공기 플레이트(5)를 사용해 중간 방열 공기 통로(51)의 열교환면으로부터 셀(2)로 전도되고, 하부 방열 공기 통로(81)를 흐르는 공기의 열은 하부 방열 공기 플레이트(8)를 이용하여 하부 방열 공기 통로(81)의 열교환면으로부터 셀(2)로 전도되어 배터리 모듈(100)을 가열한다. 이러한 방식으로, 배터리 모듈(100)이 장착된 자동차는 추운 지역에 적응할 수 있다.
또한, 도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 중간 방열 공기 플레이트(5)는 분리식 연결을 이용하여 중간 분리기(1)에 고정(스냅 결합)된다.
도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이, 중간 방열 공기 플레이트(5)의 상측 및 하측에는 가이드 홈(54)이 형성되고, 중간 분리기(1)의 대응 위치에는 슬라이딩 삽입을 통해 가이드 홈(54)에 들어맞는 가이드 레일(11)이 제공된다. 가이드 홈(54)은 중간 방열 공기 플레이트(5)의 상측 또는 하측에서 전후 방향으로 연장되고, 바요넷(541)은 가이드 홈(54)의 일단에 제공되고, 가이드 레일(11) 상에 있으며 바요넷(541)에 대응하는 위치에 제한 블록(111)이 제공된다. 제한 블록(111)은 가이드 홈(54)이 가이드 레일(11)에 삽입되는 위치를 제한하기 위해 바요넷(541)에 스냅된다. 가이드 홈(54)의 타단에는 스냅 게이지(542)가 제공되고, 가이드 레일(11)상의 스냅 게이지(542)에 대응하는 위치에는 탈착 방지 바브(112)가 제공되며, 탈착 방지 바브(112)는 가이드 레일(11)이 가이드 홈(54)으로부터 빠지는 것을 방지하기 위해, 가이드 홈(54)이 삽입될 때 스냅 게이지(542)를 걸 수 있으며, 따라서 중간 방열 공기 플레이트(5)를 중간 분리기(1)에 안정적으로 장착할 수 있다.
본 명세서에서, 바요넷(541)이 제공되는 가이드 홈(54)의 일단은 가이드 홈의 후방 단부(배터리 모듈(100)의 방위에 기초함)이며, 스냅 게이지(542)가 제공된 타단은 가이드 홈의 전방 단부(배터리 모듈(100)의 방위에 기초함)이다. 제한 블록(111)이 제공된 가이드 레일(11)의 일단은 가이드 레일의 후방 단부(배터리 모듈(100)의 방위에 기초함)이며, 탈착 방지 바브(112)가 제공된 가이드 레일(11)의 타단은 가이드 레일의 전방 단부(배터리 모듈(100)의 방위에 기초함)이다.
도 16에 도시된 일체형 중간 분리기(1)와 비교하여, 착탈이 가능한 접속 방식을 채용함으로써, 중간 분리기(1)의 사출 성형 금형의 정밀도를 저감할 수 있음과 동시에, 중간 방열 공기 플레이트(5)를 별도로 형성함으로써 중간 방열 공기 플레이트(5) 내의 중간 방열 공기 통로(51)를 보다 용이하게 성형할 수 있고, 조립 및 수리 비용이 저감된다.
또한, 도 17 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈(100)과, 배터리 트레이(200) 및 배터리 팩 실링 커버(300)로 이루어진 하우징을 포함한다. 배터리 팩 실링 커버(300)는 배터리 트레이(200)의 상부에 연결되어 배터리 팩 실링 커버(300)와 배터리 트레이(200) 사이에 공간을 형성하여 배터리 모듈(100)을 설치한다. 복수의 배터리 모듈(100)은 공간에 간격을 두고 설치되어 인접한 두 배터리 모듈(100) 사이 및/또는 배터리 모듈(100)과 하우징의 내측벽 사이에 외부 공기 통로(400)를 형성하고, 외부 공기 통로(400)는 제2 송풍구(512)를 통해 중간 방열 공기 통로(51) 및 캐비티(6)로 이어진다. 또한, 외부 공기 통로(400)는 제4 송풍구(812)를 통해 하부 방열 공기 통로(81)와 캐비티(6)로 이어진다.
본 실시예에서, 복수의 배터리 모듈(100) 내의 중간 방열 공기 통로(51)는 동일한 방향을 갖는다. 또한, 복수의 배터리 모듈(100)의 하부 방열 공기 통로(81)는 동일한 방향을 갖는다.
도 17에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 모듈(100)은 동일 수량의 두 개의 행(row)으로 배열, 즉 각 행에 네 개의 배터리 모듈(100)(즉, 각 열(column)이 두 개의 배터리 모듈(100)을 가짐)이 배열되고, 각 열의 두 개의 배터리 모듈의 가장자리는 동일 평면에 있다. 이와 같이, 동일 열의 두 개의 배터리 모듈(100)의 중간 방열 공기 통로(51)는 동일 선상에 있고, 동일 열의 두 개의 배터리 모듈(100)의 하부 방열 공기 통로(81)도 동일 선상에 있다.
본 실시예에서, 외부 공기 통로(400)는 배터리 모듈(100)과 배터리 트레이(200)의 내측벽 사이에 형성된 외부 순환 공기 통로(401) 및 배터리 모듈(100)의 두 개의 행 사이에 형성된 외부 중앙 공기 통로(402)를 포함한다. 외부 중앙 공기 통로(402)의 양단에는 반도체 냉/난방 모듈(500)이 제공되고, 외부 중앙 공기 통로(402)는 반도체 냉/난방 모듈(500)을 통해 파워 배터리 팩의 외부로 연결되며, 반도체 냉/난방 모듈(500)은 외부 중앙 공기 통로(402)를 외부 순환 공기 통로(401)로부터 분리시킨다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 실링 커버(300)와 배터리 트레이(200) 사이에는 내부 순환 공기 통로 보호 커버(600)가 구비된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 동일 열의 두 개의 배터리 모듈(100)은 좌우 방향으로 동일 평면 상에 있고, 동일 행의 네 개의 배터리 모듈(100)은 전후 방향으로 동일 평면 상에 있다. 한 행의 배터리 모듈(100)은 공기 흡입을 수행하고, 다른 행의 배터리 모듈(100)은 공기 송풍을 수행한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 도 17에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4#는 같은 행에 있고, 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8#은 같은 행에 있다. 배터리 모듈 1#과 배터리 모듈 8#은 동일한 열에 있고, 배터리 모듈 2#과 배터리 모듈 7#은 동일한 열에 있고, 배터리 모듈 3#과 배터리 모듈 6#은 동일한 열에 있고, 배터리 모듈 4# 및 배터리 모듈 5#은 동일한 열에 있다. 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4#의 후면은 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8#의 후방을 향한다. 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4#의 팬(4)은 송풍용으로 사용되고, 공기 송풍팬(4a)을 형성한다. 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8#의 팬(4)은 공기를 흡입하기 위해 사용되고, 공기 흡입팬(4b)을 형성한다. 이러한 방식으로, 파워 배터리 팩 내의 공기 순환 경로는 다음과 같다: 외부 순환 공기 통로 → 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4# → 외부 중앙 공기 통로 → 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8# → 외부 순환 공기 통로.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 배터리 트레이(200)의 하부에는 배터리 트레이(200)를 관통하는 트레이 방열 공기 통로(201)가 구비되며, 트레이 방열 공기 통로(201)의 차량의 전방을 향한 방향의 개구에는 스포일러(202)가 설치되고, 스포일러(202)는 트레이 방열 공기 통로(201)의 차량의 전방을 향하는 측의 개구를 개폐하도록 사용되는 스포일러 공기 통로 제어 커버(203)를 구비한다.
배터리 모듈(100)의 파워 배터리 팩을 토대로, 외부 중앙 공기 통로(402)의 양단에 구비된 반도체 냉/난방 모듈(500)은 배터리 모듈(100)의 내부와 외부 공기 통로(400) 사이의 열교환을 수행할 수 있다. 파워 배터리 팩의 실링이 변경되지 않는 경우, 공기를 냉각제로 사용하여 파워 배터리 팩의 방열(냉각) 및 가열 기능을 구현할 수 있다.
파워 배터리 팩은 파워 배터리 팩의 가열 모드 및 다단 냉각(방열) 모드를 구현할 수 있다. 세부 사항은 다음과 같다:
가열 모드
도 17 및 도 19에 도시된 바와 같이, 셀(2)의 온도가 너무 낮으면 (예를 들어, 10℃ 이하), 가열 모드가 가능해진다. 파워 배터리 팩의 전단의 스포일러 공기 통로 제어 커버(203)가 닫히고, 트레이 방열 공기 통로(201)가 파워 배터리 팩의 외부로부터 격리되어 공기가 유입되지 않는다. 반도체 열교환 모듈(500)은 가열 모드를 가능하게 하고, 공기를 송풍하기 위한 공기 송풍팬(4a)과 공기 흡입에 사용되는 공기 흡입팬(4b)과 직렬 연결된 내부 공기 통로(중간 방열 공기 통로(51) 및 하부 방열 공기 통로(81)) 및 외부 공기 통로(400)가 작동한다. 공기는 반도체 열교환 모듈(500)을 통해 흐를때 가열된 후, 공기 송풍팬(4a)을 통해 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4# 내의 중간 방열 공기 통로(51) 및 하부 방열 공기 통로(81)로 유입되어 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4#의 균일하고 효율적인 가열을 수행할 수 있다. 배터리 모듈 1#, 2#, 3# 및 4#로부터의 고온의 공기는 외부 중앙 공기 통로(402)를 통과하여 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8# 내의 중간 방열 공기 통로(51)와 하부 방열 공기 통로(81)로 유입되어 배터리 모듈 5#, 6#, 7# 및 8#의 균일하고 효율적인 가열을 수행할 수 있다. 마지막으로, 공기 흡입팬(4b)은 외부 순환 공기 통로(401)로 공기를 배출한다.
냉각(방열) 모드
레벨 0 냉각: 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 주행 중에 자동차의 온도가 약간 높으면, 파워 배터리 팩의 전단의 스포일러 공기 통로 제어 커버(203)가 열릴 수 있다. 주행 중에 공기는 트레이 방열 공기 통로(201)를 고속으로 흐르고, 배터리 모듈(100)에서 배터리 트레이(200)로 전달되는 열을 빼앗아 배터리 모듈(100)의 열을 발산한다.
레벨 1 냉각: 반도체 열교환 모듈(500)의 전류 방향을 변경(가열시와 반대)하여 반도체 열교환 모듈(500)을 냉각 모드로 전환시키고, 배터리 모듈(100)을 냉각(열을 발산)시키기 위해, 공기를 송풍하는데 사용되는 공기 송풍팬(4a)이 켜진다(공기를 흡입하는 공기 흡입팬(4b)은 켜지지 않음).
레벨 2 냉각: 반도체 열교환 모듈(500)이 냉각 모드에 있을 때, 공기를 송풍하는데 사용되는 공기 송풍팬(4a)과 공기를 흡입하는데 사용되는 공기 흡입팬(4b)이 동시에 켜진다. 레벨 1 냉각 모드와 비교하여, 공기 송풍팬(4a)과 공기 흡입팬(4b)이 직렬로 연결되어 공기 송풍팬(4a)과 공기 흡입팬(4b) 사이의 정압차가 증가하고, 배터리 모듈(100)의 내부 공기 통로(중간 방열 공기 통로(51)와 하부 방열 공기 통로(81)) 내의 공기의 유동 속도가 증가한다. 따라서, 방열 효과가 향상된다.
레벨 0 냉각은 자동차의 주행중에만 사용될 수 있고, 레벨 1 및 레벨 2 냉각은 임의의 조건에서 사용될 수 있다. 상이한 냉각 효과를 구현하기 위해, 공기 송풍팬(4a) 및 공기 흡입팬(4b)의 켜지는 수량을 조절하고 반도체 열교환 모듈(500)의 동력을 조절하며, 이로 인해 대용량 충전시 및 다양한 주행 조건에서 자동차의 방열 요건을 충족시킬 수 있다.
전술한 실시예의 파워 배터리 팩에 따르면, 각 배터리 모듈의 환풍기는 제2 송풍구로부터의 공기를 흡입할 수 있거나 또는 중간 방열 공기 통로와 캐비티를 통해 제2 송풍구로 공기를 송풍할 수 있다. 따라서 공기가 중간 방열 공기 통로에서 원형으로 흐를 수 있다. 열은 중간 분리기의 적층 방향으로 있는 중간 방열 공기 통로의 두 개의 측면과 셀 상의 넓은 측면 사이에서 연속적으로 교환되고, 중간 방열 공기 통로의 내측벽은 방열 표면이며, 셀 표면적에 대한 방열 표면의 비율이 25%보다 훨씬 높으며, 방열 효율이 높다. 시뮬레이션과 실험에 따르면 셀 에너지가 50-80Ah 인 배터리 모듈은 4C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있으며, 셀 에너지가 20-40Ah 인 배터리 모듈은 6C의 연속 충전/방전을 구현할 수 있다. 본 발명의 파워 배터리 팩은 급속 충전/방전(3~6C의 높은 비율의 충전/방전) 동안 방열 문제를 해결할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 파워 배터리 팩의 복수의 배터리 모듈은 배터리 팩 실링 커버와 배터리 트레이 사이의 공간에 간격을 두고 설치되어 배터리 모듈과 배터리 트레이의 내측벽 사이에 외부 공기 통로를 형성한다. 외부 공기 통로는 제2 송풍구를 통해 중간 방열 공기 통로와 캐비티로 연결되어 외부 공기 통로에 구비된 냉/난방 모듈이 외부 공기 통로 내의 공기를 가열 또는 냉각시킬 수 있으며, 따라서 파워 배터리 팩을 냉각 또는 가열시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 자동차를 제공하고, 자동차는 전술한 파워 배터리 팩을 포함한다.
전술한 설명은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 원리 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체, 개선 등은 본 발명의 보호 범위 내에 속해야 한다.
100: 배터리 모듈
101: 제1 측판
102: 우측 금속판
103: 제2 측판
104: 좌측 금속판
105: 상부 보호 커버
106: 하부 보호 커버
107: 배터리 모듈 관리 유닛
1: 중간 분리기
11: 가이드 레일
111: 제한 블록
112: 탈착 방지 바브(barb)
2: 셀
3: 장착 플레이트
31: 제1 팬 장착 홀
32: 제2 팬 장착 홀
4: 팬
4a: 공기 송풍팬
4b: 공기 흡입팬
5: 중간 방열 공기 플레이트
51: 중간 방열 공기 통로
511: 제1 송풍구
512: 제2 송풍구
513: 단위 공기 통로
52: 라미네이트
53: 융기선
54: 가이드 홈
541: 바요넷(bayonet)
542: 스냅 게이지
6: 캐비티
7: 제1 열전도성 절연 패드
8: 하부 방열 공기 플레이트
81: 하부 방열 공기 통로
811: 제3 송풍구
812: 제4 송풍구
82: 방열 플레이트
83: 핀
9: 제2 열전도성 절연 패드
200: 배터리 트레이
201: 트레이 방열 공기 통로
202: 스포일러
203: 스포일러 공기 통로 제어 커버
300: 배터리 팩 실링 커버
400: 외부 공기 통로
401: 외부 순환 공기 통로
402: 외부 중앙 공기 통로
500: 반도체 냉/난방 모듈
600: 내부 순환 공기 통로 보호 커버

Claims (20)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 좌우 방향으로 적층된 복수의 중간 분리기와, 복수의 셀과, 상기 배터리 모듈의 전면측에 제공된 장착 플레이트와, 상기 장착 플레이트에 고정된 환풍기와, 상기 중간 분리기에 제공되는 중간 방열 공기 플레이트를 포함하고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 내측에는 전후 방향으로 관통하는 중간 방열 공기 통로가 형성되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 셀의 우측면 사이에서 열이 교환되고, 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 셀의 좌측면 사이에서 열이 교환되며, 상기 중간 방열 공기 통로는 제1 송풍구와 제2 송풍구를 가지며, 상기 장착 플레이트와 상기 셀의 선단면 사이에 캐비티가 제공되고, 상기 제1 송풍구가 상기 캐비티로 이어지며, 상기 제2 송풍구는 상기 배터리 모듈의 후방측에 제공되어 상기 배터리 모듈의 외부로 연결되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 방열 공기 플레이트와 상기 중간 분리기는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    가이드 홈이 상기 중간 방열 공기 플레이트의 상측 및 하측에 제공되고, 상기 가이드 홈에 슬라이드 삽입되어 끼워지는 가이드 레일이 상기 중간 분리기의 대응하는 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드 홈은 상기 중간 방열 공기 플레이트의 상측 또는 하측에서 전후 방향으로 연장되고, 바요넷이 상기 가이드 홈의 일단에 제공되고, 상기 가이드 레일 상에 있으며 상기 바요넷에 대응하는 위치에 제한 블록이 제공되며, 상기 제한 블록은 바요넷에 스냅되어 상기 가이드 홈이 상기 가이드 레일에 삽입되는 위치를 제한하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 홈의 타단에는 스냅 게이지가 제공되고, 상기 가이드 레일 상의 상기 스냅 게이지에 대응하는 위치에 탈착 방지 바브가 제공되며, 상기 탈착 방지 바브는 상기 가이드 홈이 삽입될 때 상기 스냅 게이지를 걸 수 있어서 상기 가이드 레일이 상기 가이드 홈으로부터 빠지는 것을 방지하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중간 방열 공기 플레이트의 내측에 복수의 라미네이트가 제공되고, 상기 라미네이트는 상기 중간 방열 공기 통로를 복수의 단위 공기 통로로 분리하는 것을 특징으로하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단위 공기 통로에는 복수의 융기선이 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    제1 열전도성 절연 패드가 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 좌측상의 상기 셀의 우측면 사이에 제공되고, 또한 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측면과 상기 중간 방열 공기 플레이트의 우측상의 상기 셀의 좌측면 사이에 제공되는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 셀 아래에 제공되는 하부 방열 공기 플레이트를 포함하고, 열은 상기 하부 방열 공기 플레이트의 상부면과 상기 셀의 하부면 사이에서 교환되고, 상기 하부 방열 공기 플레이트의 내부에는 전후 방향으로 관통하는 하부 방열 공기 통로가 형성되며, 상기 하부 방열 공기 통로는 제3 송풍구와 제4 송풍구를 가지며, 상기 제3 송풍구는 상기 캐비티로 이어지고, 상기 제4 송풍구는 상기 배터리 모듈의 후방에 제공되어 상기 배터리 모듈의 외부로 연결되는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 방열 공기 플레이트는 방열 플레이트와 상기 방열 플레이트의 저면에 나란히 설치된 복수의 핀을 포함하고, 상기 하부 방열 공기 플레이트의 아래에는 하부 보호 커버가 설치되고, 상기 하부 보호 커버와 상기 복수의 핀 사이에 하부 방열 공기 통로가 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방열 플레이트와 상기 복수의 셀의 하부면 사이에 제2 열전도성 절연 패드가 개재되는 배터리 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 가장 우측의 셀의 외측에 제1 측판이 고정 설치되고, 상기 배터리 모듈의 가장 좌측의 셀의 외측에 제2 측판이 고정 설치되는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 측판의 외측에 우측 금속판이 고정되고, 상기 제2 측판의 외측에는 좌측 금속판이 고정되며, 상기 배터리 모듈의 상부에는 상부 보호 커버가 제공되고, 상기 장착 플레이트의 좌측, 우측, 상측 및 하측은 상기 좌측 금속판, 상기 우측 금속판, 상기 상부 보호 커버 및 상기 하부 보호 커버에 각각 고정적으로 연결되며, 배터리 모듈 관리 유닛이 상기 장착 플레이트 상에 고정식으로 제공되는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환풍기는 팬이고, 상기 장착 플레이트에는 제1 팬 장착 홀과 제2 팬 장착 홀이 제공되고, 상기 팬은 상기 제1 팬 장착 홀과 상기 제2 팬 장착 홀에 설치되는 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 파워 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈의 상기 중간 방열 공기 통로는 동일한 방향을 갖는 것을 특징으로하는 파워 배터리 팩.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    배터리 트레이 및 배터리 팩 실링 커버로 이루어진 하우징을 포함하고, 상기 배터리 팩 실링 커버는 상기 배터리 트레이의 상부에 연결되어 상기 배터리 팩 실링 커버와 상기 배터리 트레이 사이에 공간을 형성하여 상기 배터리 모듈을 설치하며, 복수의 배터리 모듈은 상기 공간 내에 간격을 두고 제공되어 인접한 두 배터리 모듈 사이 및/또는 상기 배터리 모듈과 상기 하우징의 내측벽 사이에 외부 공기 통로를 형성하고, 상기 외부 공기 통로는 상기 제2 송풍구를 통해 상기 중간 방열 공기 통로 및 상기 캐비티로 이어지는 파워 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 배터리 모듈은 동일 수량의 두 개의 행으로 배열되고, 각 열의 두 개의 배터리 모듈의 가장자리는 동일 평면에 있으며, 상기 외부 공기 통로는 상기 배터리 모듈과 상기 배터리 트레이의 내측벽 사이에 형성된 외부 순환 공기 통로 및 상기 배터리 모듈의 두 개의 행 사이에 형성된 외부 중앙 공기 통로를 포함하고, 상기 외부 중앙 공기 통로의 양단에는 반도체 냉/난방 모듈이 제공되며, 상기 반도체 냉/난방 모듈은 상기 외부 중앙 공기 통로를 상기 외부 순환 공기 통로로부터 분리시키고, 상기 외부 중앙 공기 통로는 상기 반도체 냉/난방 모듈을 사용해 상기 파워 배터리 팩의 외부로 연결되며, 한 행의 배터리 모듈은 공기 흡입을 수행하고, 다른 행의 배터리 모듈은 공기 송풍을 수행하는 파워 배터리 팩.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 트레이를 관통하는 트레이 방열 공기 통로가 상기 배터리 트레이의 하부에 제공되며, 상기 트레이 방열 공기 통로의 자동차의 전방을 향한 방향의 개구에는 스포일러가 제공되고, 상기 스포일러는 상기 트레이 방열 공기 통로의 상기 자동차의 전방을 향하는 측의 개구를 개폐하도록 사용되는 스포일러 공기 통로 제어 커버를 구비하는 파워 배터리 팩.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 파워 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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