KR20190112473A

KR20190112473A - 배터리팩 모듈구조

Info

Publication number: KR20190112473A
Application number: KR1020180034500A
Authority: KR
Inventors: 김길섭
Original assignee: 에이치엘그린파워 주식회사
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-07

Abstract

본 발명은 복수의 평판형 배터리셀과 히트파이프가 내장되는 하우징, 냉매를 유동시켜 상기 히트파이프를 방열하는 냉각플레이트, 상기 히트파이프의 온도를 측정하여 상기 배터리셀의 이상여부를 나타내는 온도측정부재를 포함하고 상기 온도측정부재의 반대편에 상기 냉각플레이트가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조에 관한 것으로, 상기 온도측정부재는 온도에 따라 색상이 변하는 시온테이프로 상기 온도측정부재의 색상으로 상기 배터리셀의 이상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리팩 모듈구조{BATTERY PACK MODULE STRUCTURE}

본 발명은 배터리팩 모듈구조에 관한 것으로, 상세하게는 온도에 따라 색상이 변하는 시온테이프를 이용하여 배터리셀의 이상 여부를 확인할 수 있는 배터리팩 모듈구조에 관한 발명이다.

종래의 배터리 모듈은 공냉식, (직간접) 수냉식을 적용하여 배터리의 온도를 제어하는 구조를 적용하고 있다.

최근 배터리 고용량화에 의해 배터리셀의 발열량이 증가함에 따라 냉각 성능 증대를 위해 수냉식 배터리팩 개발이 활성화되고 있으며, 더불어 가능한 배터리 사이즈 증대 없이 높은 효율의 냉각 성능 확보를 위해 히트파이프를 적용한 배터리팩의 개발이 진행되고 있다.

히트파이프를 적용한 배터리팩 개발 시 가장 문제가 되는 사항은 히트파이프의 성능과 내구성 확보에 있다. 히트파이프는 내부에 진공도를 유지해야 하고 냉매 리크 시 그 성능을 급격하게 잃어버리는 특성이 있으며, 이미 조립된 배터리 모듈 내 히트 파이프가 정상적인 작동을 하고 있는지 검출이 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 조립된 상태에서도 배터리셀이 불량여부를 확인할 수 있어 문제 발생 시 특정 모듈만을 교체함으로써 유지보수 및 냉각성능 확보가 용이한 배터리팩 모듈구조를 제공하는 데 있다.

본 발명은 배터리팩 모듈구조에 있어서, 복수의 평판형 배터리셀과 히트파이프가 내장되는 하우징, 냉매를 유동시켜 상기 히트파이프를 방열하는 냉각플레이트, 히트파이프의 온도를 측정하여 배터리셀의 이상 여부를 나타내는 온도측정부재를 포함하고, 온도측정부재의 반대편에 냉각플레이트가 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수의 평판형 배터리셀과 히트파이프를 구비하는 배터리팩 모듈구조에 있어서, 배터리셀과 또다른 배터리셀 사이에 위치하여 열을 전달받고 냉각플레이트와 접촉하여 방열하는 히트파이프의 온도를 측정하는 온도측정부재를 포함하며, 온도측정부재는 온도에 따라 색상이 변하는 시온안료를 적용한 시온테이프로 형성되어 온도측정부재의 색상으로 배터리셀의 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 배터리팩 모듈이 조립된 상태에서도 배터리셀의 불량여부를 확인할 수 있어서, 이상 구동 시에 불량의 배터리셀을 제거하고 정상의 배터리셀로 교체할 수 있어 유지보수가 용이하며, 상시 불량검출이 가능하여 높은 효율의 냉각 성능을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리팩 모듈의 구조를 나타내는 간략도(단면도)이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리팩 모듈의 사시도와 부분 확대도이다.
도 3은 종래의 배터리팩 모듈의 구조를 나타내는 간략도(단면도)이다.
도 4는 히트파이프의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명은 복수의 평판형 배터리셀(100)과 히트파이프(30)가 내장되는 하우징(10), 냉매를 유동시켜 상기 히트파이프의 열을 방열하는 냉각플레이트(20), 상기 히트파이프의 온도를 측정하여 상기 배터리셀의 이상 여부를 나타내는 온도측정부재(40)를 포함하고, 상기 온도측정부재의 반대편에 상기 냉각플레이트가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리팩 모듈의 구조를 설명하기 위한 간략도(단면도)이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리팩 모듈의 사시도와 부분 확대도이며, 도 3은 종래의 배터리팩 모듈의 구조를 나타내는 간략도(단면도)로, 도 1과 도 3에서는 반복되는 배터리셀과 히트파이프 중 배터리셀 2개와 그사이에 위치하는 히트파이프만을 간략하게 표현하였다.

도 1과 도 2를 참조하면 알 수 있듯이, 상기 하우징(10)은 상기 배터리셀(100)과 상기 히트파이프(30)가 고정되는 하우징 바디(12)와 상기 배터리셀이 삽입 및 분리되는 방향으로 상기 하우징 바디를 덮어 밀폐시키는 커버(11)를 포함하고, 상기 커버는 상기 온도측정부재(40)를 확인할 수 있도록 관통된 관통홀(13)을 포함한다.

상기 히트파이프(30)는 상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀 사이에 위치하며 상기 배터리셀(100)의 열을 전달받는 증발부(31)와 상기 증발부와 연통하며 상기 증발부에서 흡수한 열을 상기 냉각플레이트로 방열하는 응축부(32)를 포함하며, 상기 증발부는 상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀에, 상기 응축부는 상기 냉각플레이트와 면접촉하며, 상기 온도측정부재는 상기 증발부에 부착되어 온도를 측정한다.

도 1과 도 3을 참조하면 알 수 있듯이, 종래와 본 발명의 상기 히트파이프와 상기 냉각플레이트는 구성 및 형상에 있어 차이를 보이지 않으나, 본 발명의 특징이라 할 수 있는 상기 온도측정부재의 식별할 수 있도록 상기 하우징에 관통홀을 추가하였고, 상기 관통홀의 반대측에 상기 냉각플레이트를 설치하였다.

도 1과 도 3에서는 상기 배터리셀(100)이 수직으로 상기 하우징(10)에 내장되며 그에 따라 상기 커버(11)가 상측에 위치하고 있는데, 이는 통상의 경우 작업자가 아래를 바라보는 것이 작업하기 용이하기 때문에 이와 같이 표현한 것에 불과하며, 상기 커버의 위치는 한정하지 않는다. 안착 위치 또는 적용 대상에 따라 상기 배터리셀의 적층 방향은 변경될 수 있으며, 배터리셀의 교체 및 관리가 용이한 방향으로 관통홀(13)과 온도측정부재(40)를 설치한다.

상기 온도측정부재(40)는 온도에 따라 색상이 변하는 시온안료를 사용한 시온테이프일 수 있고, 상기 시온안료의 온도에 따라 색상이 변하는 원리를 이용하여 길이방향으로 단계를 구분하고 단계별로 반응하는 온도를 달리하여 색상이 변하는 위치로 상기 증발부의 온도를 측정함으로써 상기 배터리셀의 상태를 확인할 수 있다.

도 4는 히트파이프의 작동원리를 설명하기 위한 도면으로 이를 참조하여 설명하면, 히트파이프의 증발부(exparator)에 열을 주면 히트파이프 안쪽에 있는 액체로 열이 전달되고, 이때 증발부의 증기영역은 증기밀도 및 압력이 증가하게 되어 상대적으로 밀도와 압력이 낮아지는 응축부(condenser) 방향으로 증기 형태로 이동한다. 증기는 응축부 안쪽 벽에서 얼면서 열을 내보내며 액상으로 돌아가게 되고, 액상인 작동유체는 윅의 모세관력 또는 중력에 의해 증발부 쪽으로 돌아와 열교환이 이루어지게 되는 것이다. 도 4에서는 이해를 돕기 위해 히트파이프를 일자형으로 나타내고 있으나 본 발명에 적용된 히트파이프도 이와 동일한 원리로 작동한다.

다시 도 2를 참조하여, 상기 하우징(10)은 상기 관통홀(13)로의 수분유입을 방지하는 투명한 보호필름(14)을 더 포함할 수 있으며 상기 보호필름은 상기 커버(11)에 부착된다.

다시 도1 내지 도 3을 참조하며, 본 발명은 복수의 평판형 배터리셀(100)과 히트파이프(30)를 구비하는 배터리팩 모듈구조에 있어서, 배터리셀과 또다른 배터리셀 사이에 위치하여 열을 전달받고 냉각플레이트(20)와 접촉하여 방열하며 열교환하는 히트파이프(30)의 온도를 측정하는 온도측정부재(40)를 포함하고, 상기 온도측정부재는 온도에 따라 색상이 변하는 시온안료를 적용한 시온테이프이며 상기 온도측정부재의 색상으로 상기 배터리셀의 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리셀(100)과 상기 히트파이프(30)가 내장되는 하우징(10)은 상기 배터리셀과 상기 히트파이프가 고정되는 하우징 바디(12)와 상기 배터리셀이 삽입 및 분리되는 방향으로 상기 하우징 바디를 덮어 밀폐시키는 커버(11)를 포함하고, 상기 커버는 상기 온도측정부재(40)를 확인하도록 관통된 관통홀(13)을 포함한다.

상기 히트파이프(30)는 상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀 사이에 면접촉하도록 위치하며 상기 배터리셀의 열을 전달받는 증발부(31)와, 상기 증발부와 연통하고 상기 냉각플레이트(20)와 면접촉하며 상기 증발부의 열을 상기 냉각플레이트로 방열하는 응축부(32)를 포함하며, 상기 온도측정부재(40)는 상기 증발부에 부착되어 온도를 측정한다.

상기 온도측정부재(40)는 길이방향으로 등간격 구획된 패턴으로 형성되어 색상이 변하는 위치로 온도를 확인할 수 있으며, 온도의 간격과 구획의 개수는 다양하게 적용할 수 있다.

예를 들어, 배터리팩 모듈의 히트파이프의 정상범위가 30도 이하이고, 30도 에서 40도 이하일 때 주의가 필요하며, 50도 이상이면 교체가 필요한 경우, 10도 간격으로 구분된 시온테이프의 색상 변화 위치를 확인함으로써 관리자는 간단하게 배터리셀의 이상여부를 확인할 수 있고, 주의가 필요한 배터리셀을 정상의 배터리셀로 교체할 수 있으며, 그로 인해 상시 정상 구동하도록 관리할 수 있다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 배터리셀
10 : 하우징
20 : 냉각플레이트
30 : 히트파이프
40 : 온도측정부재
50 : 하우징(종래)
11 : 커버
12 : 하우징 바디
13 : 관통홀
14 : 보호필름
31 : 증발부
32 : 응축부

Claims

배터리팩 모듈구조에 있어서,
복수의 평판형 배터리셀과 히트파이프가 내장되는 하우징;
냉매를 유동시켜 상기 히트파이프를 방열하는 냉각플레이트;
상기 히트파이프의 온도를 측정하여 상기 배터리셀의 이상 여부를 나타내는 온도측정부재; 를 포함하고
상기 온도측정부재의 반대편에 상기 냉각플레이트가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제1항에 있어서,
상기 하우징은
상기 배터리셀과 상기 히트파이프가 고정되는 하우징 바디;
상기 배터리셀이 삽입 및 분리되는 방향으로 상기 하우징 바디를 덮어 밀폐시키는 커버; 를 포함하고
상기 커버는 상기 온도측정부재를 확인할 수 있도록 관통된 관통홀; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프는
상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀 사이에 위치하며 상기 배터리셀의 열을 전달받는 증발부;
상기 증발부와 연통하며 상기 증발부에서 흡수한 열을 상기 냉각플레이트로 방열하는 응축부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제3항에 있어서,
상기 온도측정부재는 상기 증발부의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제4항에 있어서,
상기 증발부는 상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀과 면접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제3항에 있어서,
상기 냉각플레이트는
상기 응축부와 면접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제4항에 있어서,
상기 온도측정부재는
온도에 따라 색상이 변하는 시온테이프인 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제2항에 있어서,
상기 하우징은
상기 관통홀로의 수분유입을 방지하는 투명한 보호필름; 을 더 포함하며
상기 보호필름은 상기 커버에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
복수의 평판형 배터리셀과 히트파이프를 구비하는 배터리팩 모듈구조에 있어서,
배터리셀과 또 다른 배터리셀 사이에 위치하여 열을 전달받고 냉각플레이트와 접촉하여 방열하는 히트파이프의 온도를 측정하는 온도측정부재; 를 포함하며
상기 온도측정부재는
온도에 따라 색상이 변하는 시온테이프로 상기 온도측정부재의 색상으로 상기 배터리셀의 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제9항에 있어서,
상기 온도측정부재는
길이방향으로 등간격 구획된 패턴으로 형성되어 색상이 변하는 위치로 온도를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제9항에 있어서,
상기 배터리셀과 상기 히트파이프가 내장되는 하우징은
상기 배터리셀과 상기 히트파이프가 고정되는 하우징 바디;
상기 배터리셀이 삽입 및 분리되는 방향으로 상기 하우징 바디를 덮어 밀폐시키는 커버; 를 포함하고
상기 커버는 상기 온도측정부재를 확인하도록 관통된 관통홀; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.
제9항에 있어서,
상기 히트파이프는
상기 배터리셀과 또 다른 배터리셀 사이에 위치하며 상기 배터리셀의 열을 전달받는 증발부;
상기 증발부와 연통하고 상기 냉각플레이트와 면접촉하며 상기 증발부의 열을 상기 냉각플레이트로
방열하는 응축부; 를 포함하며
상기 온도측정부재는 상기 증발부의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 모듈구조.