KR20190051300A - 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩 - Google Patents

배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩은, 냉각 플레이트와 배터리 모듈 중 어느 한쪽에 접착 부재를 배치하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에 상기 접착 부재를 가열하여 용융시키는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후에 상기 용융된 접착 부재를 이용하여 상기 냉각 플레이트를 배터리 모듈에 부착하는 제 3 단계를 포함하여 구성됨으로써, 배터리 모듈과 냉각 플레이트 사이의 부착면에 공기층 생성을 억제하여 배터리의 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 접착제 층을 고른 두께로 분포시켜 배터리 셀 간의 온도 편차를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩{Method of attaching cooling plate to battery module and battery pack manufactured by the same}
본 발명은 전기 자동차 등에 사용되는 배터리에 관한 것으로서, 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 부착하는 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거 등과 같이 전기를 필요로 하는 다양한 장치에 설치되어 전기를 공급할 수 있도록 구성된다.
배터리 팩은 내부에 여러 개의 배터리 모듈이 탑재되고, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템이 추가로 구성된다.
배터리 모듈은 배터리의 기본 단위인 배터리 셀들을 하나로 묶어서 구성하고, 여기서 배터리 셀은 일반적으로 충전이 가능한 2차 전지를 사용한다.
이러한 배터리 모듈은 주로 화학 반응을 통하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 과정에서 열이 발생하고, 이러한 열은 배터리 셀을 열화시키는 등 배터리의 성능, 수명, 안전성에 영향을 미치게 되므로 배터리의 과열을 방지하고 적정한 온도로 유지시키기 위해 냉각 시스템이 구성된다.
한국 공개특허 제10-2016-0115582호에는 배터리 모듈을 냉각하기 위한 냉각 시스템이 개시되어 있다. 이 공개특허에는 배터리 모듈의 하부에 냉각 플레이트를 밀착시켜 열전달을 통해 배터리 셀들을 냉각하는 기술이 나타나 있다.
특히, 상기 공개특허 기술에서는 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 밀착시켜 고정하는 방법으로, 냉각 플레이트에 접착제를 도포하여 배터리 모듈에 접착 고정하는 방법을 이용하고 있다. 이때 접착제는 액상 접착제로서, 튜브나 인젝터 등을 이용하여 냉각 플레이트 위에 액상으로 도포하는 방식으로 이용된다.
그러나 상기와 같이 액상 접착제를 이용하여 냉각 플레이트를 배터리 모듈에 접착하여 고정할 경우에, 냉각 플레이트를 부착하는 과정에서 접착면에 기포가 남아있거나, 접착제의 두께가 균일하게 유지되지 않는 문제가 발생된다.
이와 같이 배터리 모듈과 냉각 플레이트 사이의 접착면에 기포가 남아 있을 경우에는 기포에 의해 열전도성이 떨어지면서 냉각 성능을 저하될 수 있고, 접착면의 두께가 균일하지 않으면 배터리 셀 간의 온도 편차가 커져 냉각 효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
한국 공개특허 제10-2016-0115582호 한국 등록특허 제10-1736886호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 필름 형태의 접착 부재를 이용하여 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 부착함으로써 부착면에 공기층 생성을 억제하여 배터리의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 접착제 층을 고른 두께로 분포시켜 배터리 셀 간의 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법은, 냉각 플레이트와 배터리 모듈 중 어느 한쪽에 접착 부재를 배치하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에 상기 접착 부재를 가열하여 용융시키는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후에 상기 용융된 접착 부재를 이용하여 상기 냉각 플레이트를 배터리 모듈에 부착하는 제 3 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 단계에서 상기 접착 부재는 필름 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 2 단계는 열풍을 이용하여 상기 접착 부재를 가열할 수 있다.
상기 제 2 단계는 복사열을 이용하여 상기 접착 부재를 가열하는 것도 가능하다.
상기 제 2 단계는 상기 냉각 플레이트를 가열하여 접착 부재를 가열하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법은, 냉각 플레이트와 배터리 모듈 중 어느 한쪽에 접착 부재를 배치하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에 상기 접착 부재를 사이에 두고 배터리 모듈과 냉각 플레이트를 밀착시키는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후에 상기 접착 부재를 가열 또는 열압착하여 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 부착하는 제 3 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제 3 단계는 상기 냉각 플레이트를 가열하여 접착 부재를 가열할 수 있다.
상기 제 3 단계는 상기 냉각 플레이트와 배터리 모듈을 열압착시켜 접착 부재를 용융시켜 부착하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상기한 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법으로 제작되어 구성된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법 및 이를 통해 제작된 배터리 팩은, 필름 형태의 접착 부재를 이용하여 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 부착하기 때문에 배터리 모듈과 냉각 플레이트 사이의 부착면에 공기층이 생성되는 것을 억제하여 배터리의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 또 부착면에 접착제 층을 고른 두께로 분포시켜 배터리 셀 간의 온도 편차를 줄일 수 있으며, 이에 따라 배터리의 냉각 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 필름 형태의 접착 부재를 이용하게 되므로 접착제 층의 두께 조절이 용이하고, 접착 부재를 최소 두께의 박막 형태로 구성할 경우에 배터리 모듈과 냉각 플레이트 사이의 열전달 성능이 향상되어 냉각 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 구조가 도시된 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 구조가 개략적으로 도시된 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법이 도시된 도면으로서,
도 3은 냉각 플레이트 위에 접착 부재가 올려진 상태의 도면,
도 4는 냉각 플레이트 위에 올려진 접착 부재가 가열된 상태의 도면,
도 5는 배터리 모듈에 냉각 플레이트가 부착된 상태의 도면이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법이 도시된 도면으로서,
도 6은 배터리 모듈과 냉각 플레이트 사이에 접착 부재를 위치시킨 상태의 도면,
도 7은 접착 부재를 가열하여 배터리 모듈과 냉각 플레이를 부착하는 상태의 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 구조 및 방법이 도시된 도면들로서, 도 1은 분해 사시도, 도 2는 개략적인 분해 사시도, 도 3 내지 도 5는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법이 도시된 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(20)은 서로 겹치게 배열된 다수의 배터리 셀(10)과 이 배터리 셀(10)들을 지지하는 지지체(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 셀(10)들은 각각의 사이 또는 가장 바깥쪽 면에 냉각 핀(30)들이 구성될 수 있다. 냉각핀(30)은 아래에서 설명할 냉각 플레이트(50)에 연결되어 각각의 배터리 셀(10)에 열을 전달하는 기능을 하게 된다.
배터리 모듈(20)의 하부에는 배터리 셀(10)들을 냉각하기 위해 냉각 플레이트(50)가 설치된다.
냉각 플레이트(50)는 냉각 시스템의 열교환장치로부터 열을 전달하는 매체일 수 있다. 이때 냉각 플레이트(50)는 배터리 모듈(20)과 열교환장치 사이에 밀착되게 구성되어 열을 전달하는 기능을 한다.
또한 냉각 플레이트(50)는 열교환장치가 직접 배터리 모듈(20)에 밀착되게 구성되는 경우에 열교환장치를 구성하는 밀착면의 일부일 수 있다.
이러한 냉각 플레이트(50)는 열전달율이 높은 Al 등의 소재로 이루어진 금속 플레이트로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 냉각 플레이트(50)는 배터리 모듈(20)의 하부에 밀착할 수 있도록 배터리 모듈(20)의 하부 형상과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 도면을 참조하면, 냉각 플레이트(50)는 다수의 배터리 셀(10) 사이에도 밀착되고 냉각 핀(30)이 연결될 수 있도록 일정 간격으로 리브(52)들이 돌출되게 형성될 수 있다.
그리고 냉각 플레이트(50)의 양측에는 상측으로 절곡되어 배터리 모듈(20)의 양쪽 면에도 밀착되도록 절곡부(55)가 구성될 수 있다.
상기와 같은 냉각 플레이트(50)는 필름 형태의 접착 부재(60)를 이용하여 배터리 모듈(20)에 부착되어 고정된다.
필름 형태의 접착 부재(60)는 도면에 예시된 바와 같이 일정한 면적을 가진 시트형 구조로 이루어져 열이나 압력을 가할 경우에 녹으면서 접착력을 가질 수 있도록 구성된 것이다.
이러한 필름 형태의 접착 부재(60)로는 열융착 필름형 접착제, 열가소성 접착필름, 필름형 핫멜트 접착제 등을 이용할 수 있다.
필름 형태의 접착 부재(60)는 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20) 사이에 개재되므로 열전도성이 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이제, 필름 형태의 접착 부재(60)를 이용한 냉각 플레이트(50)의 부착 고정 방법에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 냉각 플레이트(50)의 상면에 필름 형태의 접착 부재(60)를 배치한다.
필름 형태의 접착 부재(60)는 일정한 면적을 가진 시트형 구조로 이루어지므로, 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20) 사이의 부착 면적 크기로 제작된 상태에서 냉각 플레이트(50)의 상부에 올려진다.
물론, 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20) 사이에 하나의 접착 부재(60)로 전면적을 부착하지 않고, 필요에 따라 부분 부분 나누어서 부착하고자 할 경우에는 필름 형태의 접착 부재(60)도 부분 부분에 맞는 크기로 절단하고 부착 위치에 각각 배치할 수 있다.
다음, 냉각 플레이트(50)의 상부에 올려진 필름 형태의 접착 부재(60)를 가열 도구 등을 이용하여 가열하여 용융시킨다.
여기서, 필름 형태의 접착 부재(60)를 가열하는 방법은 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 도 3을 참조하면, 'A'와 같이 가열 장치를 이용하여 냉각 플레이트(50)를 직접 가열하여 필름 형태의 접착 부재(60)를 녹이는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 'B'와 같이 열풍제공장치를 이용하여 필름 형태의 접착 부재(60)에 열풍을 가하여 녹이는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 'C'에서와 같이 가열 장치의 복사열을 이용하여 필름 형태의 접착 부재(60)를 녹이는 방법을 이용할 수 있다.
이와 같은 가열 방법 외에 필름 형태의 접착 부재(60)를 녹일 수 있는 공지의 여러 가열 도구를 이용하는 것도 가능하다.
필름 형태의 접착 부재(60)가 녹게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 냉각 플레이트(50)의 상면에 일정 두께의 접착제 층(60A)이 형성된다.
이때, 냉각 플레이트(50)의 상면이 평평하지 않고, 리브 등 돌출된 부분이 형성되더라도 필름 형태의 접착 부재(60)가 녹으면서 냉각 플레이트(50)의 상면에 자연스럽게 내려앉아 도포되므로 평평하지 않은 면이라도 전체적으로 접착제 층(60A)을 균일하게 형성될 수 있게 된다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이 접착제 층(60A)이 형성된 냉각 플레이트(50)를 배터리 모듈(20)에 밀착시켜서 냉각 플레이트(50)를 배터리 모듈(20)에 부착한다.
상기와 같이 필름 형태의 접착 부재(60)를 녹여서 냉각 플레이트(50)를 배터리 모듈(20)에 부착하게 되므로, 부착면에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있고, 전체적으로 균일한 두께로 접착제 층(60A)을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라 기포 생성이 방지되어 열전달 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 균일 접착층으로 온도편차를 줄여 전체적으로 균일한 열전달이 가능하게 된다.
상기에서는 필름 형태의 접착 부재(60)를 냉각 플레이트(50) 상부에 위치시킨 상태에서 가열하여 부착하는 방법을 설명하였으나, 이와 반대로 필름 형태의 접착 부재(60)를 배터리 모듈(20)의 상부에 위치시킨 상태에서 가열하여 냉각 플레이트(50)를 부착하는 것도 가능하다. 이때에는 배터리 모듈(20)을 뒤집은 상태에서 필름 형태의 접착 부재(60)를 배치하고 가열한 다음, 냉각 플레이트(50)도 뒤집은 상태로 밀착시켜 부착하는 것이 바람직하다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법이 도시된 도면들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에는 필름 형태의 접착 부재(60)를 미리 녹이지 않고, 배터리 모듈(20)과 냉각 플레이트(50) 사이에 필름 형태의 접착 부재(60)를 위치시킨 상태에서, 외부에서 접착 부재(60)를 가열하거나 열압착하여 배터리 모듈(20)과 냉각 플레이트(50)를 부착하게 된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 냉각 플레이트(50)의 상면에 필름 형태의 접착 부재(60)를 배치하고, 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(20)의 하부에 필름 형태의 접착 부재(60)가 밀착되도록 냉각 플레이트(50)를 밀착시킨 다음, 필름 형태의 접착 부재(60)를 가열하여 접착제 층(60A)을 형성한 후에, 배터리 모듈(20)에 냉각 플레이트(50)를 부착하여 고정한다.
이때 이용할 수 있는 가열 방법으로는 도 7에서와 같이 냉각 플레이트(50)를 가열하여 열전달시키는 방법으로 필름 형태의 접착 부재(60)를 용융시키는 것이 바람직하다. 그리고 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20) 사이에서 필름 형태의 접착 부재(60)가 녹으면서 부착될 수 있도록 외부에서 일정한 힘을 가하면서 가열하는 것이 바람직하다.
여기서도, 배터리 모듈(20)을 뒤집은 상태에서 필름 형태의 접착 부재(60)를 올려놓고, 냉각 플레이트(50)를 밀착시킨 후에 냉각 플레이트(50)를 가열하여 필름 형태의 접착 부재(60)를 용융시키는 것도 가능하다.
한편, 상기에서는 필름 형태의 접착 부재(60)를 가열하는 방식으로 녹여서 부착하는 방법을 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20)을 열압착시키는 방법으로 접착 부재(60)를 용융시켜 부착하는 것도 가능하다. 일례로, 열압착 장비에 접착 부재(60)가 개재된 냉각 플레이트(50)와 배터리 모듈(20)을 투입하고, 열압착하여 접착제 층을 형성하는 방법으로 배터리 모듈(20)에 냉각 플레이트(50)를 부착하여 고정하는 것이다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈(20)에 냉각 플레이트(50)가 부착된 것으로 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 여러 실시예의 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법으로 제작되어 구성된다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 배터리 셀 12 : 지지체
20 : 배터리 모듈 30 : 냉각 핀
50 : 냉각 플레이트 52 : 리브
55 : 절곡부 60 : 필름 형태의 접착 부재
60A : 접착제 층

Claims (8)

  1. 냉각 플레이트와 배터리 모듈 중 어느 한쪽에 접착 부재를 배치하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 후에 상기 접착 부재를 가열하여 용융시키는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계 후에 상기 용융된 접착 부재를 이용하여 상기 냉각 플레이트를 배터리 모듈에 부착하는 제 3 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법.
  2. 냉각 플레이트와 배터리 모듈 중 어느 한쪽에 접착 부재를 배치하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 후에 상기 접착 부재를 사이에 두고 배터리 모듈과 냉각 플레이트를 밀착시키는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계 후에 상기 접착 부재를 가열 또는 열압착하여 배터리 모듈에 냉각 플레이트를 부착하는 제 3 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 상기 접착 부재는 필름 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 단계는 열풍 또는 복사열을 이용하여 상기 접착 부재를 가열하는 것을 특징으로 하는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각 플레이트를 가열하여 접착 부재를 가열하는 것을 특징으로 하는 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 배터리의 냉각 플레이트 부착 방법으로 제작된 배터리 팩.
  7. 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 적어도 일면에 필름 형태의 접착 부재를 매개로 부착된 냉각 플레이트;
    를 포함하는 배터리 팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 필름 형태의 접착 부재는 상기 배터리 모듈과 상기 냉각 플레이트의 부착을 위해 용융된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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