KR20190133434A - 전지 모듈용 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈용 냉각 부재는 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는 냉각 플레이트, 그리고 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 위치하며, 복수의 냉매 유로를 갖는 지지체를 포함하고, 상기 하부 플레이트는 냉매 유입부와 냉매 배출부를 갖고, 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나에 인접하여 복수의 보강 부재가 형성된다.

Description

전지 모듈용 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지팩{COOLING MEMBER FOR BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈용 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 차량, 디젤 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등의 동력원으로서 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장 부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조 비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 받고 있다.
이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 전지 모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지 모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 중대형 전지 모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 전지팩이나 전력 저장 장치용 중대형 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
따라서, 중대형 전지팩에 장착되는 전지 모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하여 단위 모듈을 구성하고 이러한 단위 모듈들을 다수 개 적층하여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 전지 모듈의 구성시 카트리지를 사용하면, 기계적 강성이 높아지는 장점이 있지만, 전지 모듈 전체의 크기가 커지게 되는 단점도 있다.
또한, 적층된 전지셀들 또는 전지 모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉매용 유로가 전지셀들 또는 전지 모듈들 사이에 형성되는 구조로 이루어진다. 그러나, 이러한 구조는 다수의 전지셀들에 대응하여 다수의 냉매 유로를 확보해야 하므로, 전지 모듈의 전체 크기가 커지게 되는 문제점을 갖는다.
또한, 전지 모듈의 크기를 고려하여, 많은 전지셀들을 적층할수록 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로들을 형성하게 되는데, 이로 인해 냉각 구조의 설계가 복잡해지는 문제점이 발생한다. 즉, 냉매의 유입구 대비 상대적으로 좁은 간격의 냉매 유로는 높은 압력 손실을 유발하게 되어, 냉매의 유입구 및 배출구의 형태와 위치 등을 설계하는데 많은 어려움이 있다.
따라서, 냉각 구조가 수냉식 냉각 시스템인 경우, 이보다 진일보한 방법으로 내부에 냉매 유로를 포함하는 구조의 냉각 부재가 전지 모듈에 대면하여 접촉된 상태에서, 냉매가 상기 냉각 부재 내의 냉매 유로를 경유함으로써 열 교환하는 방식이 주로 사용되고 있다.
도 1에는 종래의 전지모듈용 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 베이스 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 냉각 부재(100)는 베이스 플레이트(110) 및 커버 플레이트(120)를 포함하고 있다. 베이스 플레이트(110)는 일면으로부터 이에 대향하는 타면 방향으로 만입된 구조의 수납부(111)가 형성되어 있으며, 서로 대향하는 양측 가장자리에는 수납부(111)와 연통되는 구조의 냉매 유입부(113) 및 냉매 배출부(114)가 형성되어 있다.
냉매 유입부(113) 및 냉매 배출부(114)가 형성된 가장자리를 제외한 베이스 플레이트(110)의 양측 가장자리에는 냉각 부재(100)의 장착 및 고정을 위한 장착부(115)가 형성되어 있다.
커버 플레이트(120)는 베이스 플레이트(110)의 수납부(111)를 덮는 구조로서, 평면상으로 베이스 플레이트(110)의 장착부(115)를 제외한 수납부(111)에 대응되는 크기 및 형상을 갖는 구조로 이루어져 있다.
커버 플레이트(120)의 가장자리 중에서, 베이스 플레이트(110)의 냉매 유입부(113) 및 냉매 배출부(114)에 대응되는 부위들(121, 122)은 외측 방향으로 돌출된 구조로 형성되어 있으며, 냉매 유입구(123) 및 냉매 배출구(124)가 각각 천공되어 있다.
냉매 유입구(123) 및 냉매 배출구(124)에는 각각 냉매 도관과의 연결을 위한 냉매 유입 연결구(131) 및 냉매 배출 연결구(132)가 결합된다.
베이스 플레이트(110)의 수납부(111)에는 냉매 유입부(113)로부터 냉매 배출부(114)에 이르는 냉매 유로가 'S'자 형태로 형성될 수 있도록, 다수의 비드(112)가 커버 플레이트(120)가 위치하는 일면 방향으로 돌출되어 있다.
그러나, 이러한 비드(112)에 의해 형성된 냉매 유로는 굴곡진 구조로 이루어지므로, 냉매가 유동하는 과정에서, 각각의 위치에 따른 냉매의 속도 및 유량의 차이가 발생한다. 특히 이러한 비드(112)가 돌출되어 형성되어 있는 부위에는 냉매가 통과할 수 없으므로, 비드(112)가 형성된 부위에 대응되는 전지 모듈의 부위에서는 나머지 부위 비해 냉각 효과가 저하될 수 밖에 없다.
이에 따라, 냉각 부재(100)가 적용된 전지모듈에서는 국부적인 냉각 효과의 차이가 발생하므로, 이러한 냉각 부재(100)를 이용한 전지모듈의 균일한 냉각이 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 이러한 비드(112)는 그 자체로서 소정의 폭(143)을 가지므로, 한정된 베이스 플레이트(110)의 수납부(111) 공간 내에서, 충분한 냉매 유로 폭(141, 142)을 확보하기 위해, 보다 넓은 간격으로 형성될 수 밖에 없다.
따라서, 냉각 부재(100)가 전지 모듈의 하부에 대면하여 위치하는 경우, 상기 전지 모듈의 중량을 견딜 수 있을 정도로 충분한 구조적 강성을 발휘하지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로, 효율적인 냉각 효과를 발휘하기 위한 냉매 유로의 형성에 제약이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구조적 강성을 향상시키면서 동시에 냉각 성능이 향상된 전지 모듈용 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈용 냉각 부재는 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는 냉각 플레이트, 그리고 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 위치하며, 복수의 냉매 유로를 갖는 지지체를 포함하고, 상기 하부 플레이트는 냉매 유입부와 냉매 배출부를 갖고, 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나에 인접하여 보강 부재가 형성된다.
상기 하부 플레이트에는 상기 상부 플레이트와 대향하는 제1 면의 반대측에 위치하는 제2 면 방향으로 만입된 구조의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부에 상기 지지체가 장착될 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 하부 플레이트가 상기 지지체로 덮이지 않은 부분에 형성될 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 냉매 유입부에 인접하여 형성되고, 상기 보강 부재들의 전체 모양은 상기 냉매 유입부에서 상기 지지체를 향하는 방향을 따라 폭이 넓어지는 패턴 구조를 가질 수 있다.
상기 냉매 유입부에 인접한 상기 지지체의 가장자리는 직선 구조를 갖고, 상기 냉매 배출부에 인접한 상기 지지체의 가장자리는 휨 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 냉매 유로는 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 하부 플레이트와 일체로 형성될 수 있다.
상기 보강 부재는 복수의 돌출 부재를 포함할 수 있다.
상기 복수의 돌출 부재는 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부를 연결하는 가상선을 기준으로 점점 멀어지는 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 가상선으로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 가상선과 상기 돌출 부재 사이에 형성되는 각도가 점점 커질 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 지지체와 일체로 형성될 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 냉매 유로가 연장되어 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 뻗으며, 상기 보강 부재의 전체 모양은 상기 냉매 유입부 또는 상기 냉매 배출부를 향하는 방향을 따라 폭이 좁아지는 패턴 구조를 가질 수 있다.
상기 보강 부재는 상기 냉매 유로가 연장되어 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 뻗으며, 상기 보강 부재를 구성하는 상기 냉매 유로들 사이의 폭은 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 사이의 중앙 부분에 위치하는 상기 냉매 유로들 사이의 폭보다 작을 수 있다.
상기 지지체는 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부를 제외하고 상기 하부 플레이트의 수납부와 그 모양이 평면적으로 동일할 수 있다.
상기 전지 모듈용 냉각 부재는 도관으로 서로 연결된 제1 냉각 부재 및 제2 냉각 부재를 포함하고, 상기 제1 냉각 부재의 하부 플레이트는 제1 냉매 유입부와 제1 냉매 배출부를 포함하고, 상기 제2 냉각 부재의 하부 플레이트는 제2 냉매 유입부와 제2 냉매 배출부를 포함하며, 상기 보강 부재는 상기 제1 냉매 유입부, 상기 제1 냉매 배출부 및 상기 제2 냉매 유입부 각각에 인접하여 형성될 수 있다.
상기 제1 냉매 유입부에 인접한 상기 제1 냉각 부재의 지지체의 가장자리, 상기 제1 냉매 배출부에 인접한 상기 제1 냉각 부재의 지지체의 가장자리 및 상기 제2 냉매 유입부에 인접한 상기 제2 냉각 부재의 지지체의 가장자리 각각은 직선 구조를 갖고, 상기 제2 냉매 배출부에 인접한 상기 제2 냉각 부재의 지지체의 가장자리는 휨 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 앞에서 설명한 전지 모듈용 냉각 부재를 적어도 하나 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 냉각 플레이트에 냉매 유로를 갖는 별도의 지지체를 추가함으로써 냉각 성능을 높임과 동시에, 지지체가 냉각 플레이트를 덮지 않아 강도가 약한 부분에 별도의 보강 부재를 형성함으로써 강도를 높여주는 전지 모듈용 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지팩을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 전지모듈용 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1의 베이스 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 3의 하부 플레이트에 지지체가 장착된 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 보강 부재의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 4의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 7은 도 4의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈용 냉각 부재를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 냉각 부재를 변형한 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 11은 도 10의 하부 플레이트에 지지체가 장착된 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 4는 도 3의 하부 플레이트에 지지체가 장착된 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4의 보강 부재의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 6은 도 4의 A-A'에 따른 단면도이다. 도 7은 도 4의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 부재(300)는 하부 플레이트(310), 복수의 냉매 유로(321)를 포함하는 지지체(320) 및 상부 플레이트(330)를 포함한다. 본 실시예의 냉각 부재(300)는 상부 플레이트(330) 위에 열전달 패드(340)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 지지체(320)는 압출 성형 방법으로 형성할 수 있다.
열전달 패드(340)는 실리콘 소재 또는 아크릴 소재를 포함할 수 있고, 본 실시예에 따른 냉각 부재(300) 위에 장착되는 전지 모듈에서 발생하는 열을 전달하여 냉각 부재(300)를 통해 열교환이 좀 더 잘 일어날 수 있도록 한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 하부 플레이트(310)는 상부 플레이트(330)와 대향하는 제1 일면과 이러한 일면의 반대측에 위치하는 제2 면을 갖고, 하부 플레이트(310)에는 상기 제2 면 방향으로 만입된 구조의 수납부(311)가 형성되어 있고, 서로 대향하는 양측 가장자리에는 수납부(311)와 연통되는 구조의 냉매 유입부(312) 및 냉매 배출부(313)가 형성되어 있다.
냉매 유입부(312) 및 냉매 배출부(313)가 형성된 가장자리를 제외한 하부 플레이트(310)의 양측 가장자리에는, 전지 모듈 등에 냉각 부재(300)를 장착 및 고정을 위한 복수의 장착부(314)가 형성되어 있다. 장착부(314)에는 체결구가 삽입 및 결합됨으로써, 본 실시예에 따른 냉각 부재(300)를 전지 모듈 등의 디바이스에 장착시키기 위한 체결공(314a)이 천공되어 있다.
장착부(314)는 체결공(314a)을 중심으로 일측 부위가 수납부(311) 방향으로 만입된 구조로 형성되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 지지체(320)는 하부 플레이트(310)의 수납부(311) 내에 장착되며, 지지체(320)는 직선 형상으로 이루어진 복수의 냉매 유로(321)가 형성되어 있는 판상형 구조를 가질 수 있다. 이때, 복수의 냉매 유로(321)는 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상부 플레이트(330)는 하부 플레이트(310)의 수납부(311)를 덮는 구조로서, 평면상으로 하부 플레이트(310)의 장착부(314)를 제외한 수납부(311)를 갖는 하부 플레이트(310)에 대응되는 크기 및 형상을 갖는 구조일 수 있다.
상부 플레이트(330)의 가장자리들 중에서, 하부 플레이트(310)의 냉매 유입부(312) 및 냉매 배출부(313)에 대응되는 부위들(331, 332)은 외측 방향으로 돌출된 구조로 형성될 수 있으며, 냉매 유입부(312) 및 냉매 배출부(313)에 대응되는 돌출된 부위들(331, 332)에는 각각 천공된 구조를 갖는 냉매 유입구(333) 및 냉매 배출구(334)가 형성될 수 있다.
냉매 유입구(333) 및 냉매 배출구(334)에는 각각 냉매 도관과 연결을 위한 냉매 유입 연결구(341) 및 냉매 배출 연결구(342)가 결합될 수 있다.
본 실시예에 따른 냉각 부재(300)의 하부 플레이트(310)에는 냉매 유입부(312)와 인접한 부분에 보강 부재(350)가 형성되어 있다. 보강 부재(350)는 하부 플레이트(310)가 지지체(320)로 덮이지 않은 부분에 형성되어 있다. 따라서, 보강 부재(350)가 지지체(320)를 커버하지 않는 경우에 발생할 수 있는 냉각 부재(300)의 변형을 방지할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 보강 부재(350)는 전체적인 모양이 냉매 유입부(312)에서 지지체(320)를 향하는 방향을 따라 폭이 넓어지는 패턴 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 보강 부재(350)는 하부 플레이트(310)와 일체로 형성될 수 있고, 보강 부재(350)는 하부 플레이트(310)의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돌출 부재(351)를 포함할 수 있다. 이러한 돌출 부재(351)는 하부 플레이트(310)를 프레스 공법으로 형성하면서 돌출된 결과물일 수 있다.
복수의 돌출 부재(350)는 냉매 유입부(312)와 냉매 배출부(313)를 연결하는 가상선(VL)을 기준으로 점점 멀어지는 방향을 따라 배치될 수 있고, 가상선(VL)으로부터 멀어지는 방향을 따라 가상선(VL)과 돌출 부재(350) 사이에 형성되는 각도는 점점 커질 수 있다. 이러한 돌출 부재(350)의 배치 구조로 인해 냉매 유입부(312)를 통해 유입된 냉매가 빠르고 정확하게 지지체(320)에 형성된 냉매 유로(321)에 도달할 수 있다.
복수의 돌출 부재(350)의 높이 및 면적 등은 냉매 유량을 조절하기 위한 수단이 될 수 있으며 기능적으로 높이 및 면적 등의 조절을 통해 필요로 하는 조건에 따라 유량을 조절할 수 있다.
도 4를 다시 참고하면, 냉매 유입부(312)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320a)는 직선 구조를 갖고, 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b)는 휨 구조를 가질 수 있다. 도 4에 도시한 실시예에서, 냉매 유입부(312)와 지지체(320) 사이에 보강 부재(350)가 형성되기 위한 공간 확보를 위해, 냉매 유입부(312)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320a)는, 냉매 유입부(312)가 형성된 하부 플레이트(310)의 가장자리로부터 복수의 보강 부재(350)가 차지하는 영역만큼 이격되어 있다.
뿐만 아니라, 앞에서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 보강 부재(350)의 패턴 구조를 가지기 위해 냉매 유입부(312)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320a)는 실질적으로 직선 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b)는 휨 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서 보강 부재(350)는 냉매 유입부(312)에 인접한 위치에만 형성되고, 냉매 배출부(313)에 인접한 위치에는 형성되지 않는 구조이기 때문에, 냉각 부재(300)의 구조적 강성을 고려하여 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320) 부분은 하부 플레이트(310)의 가장자리에 가깝게 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 하부 플레이트(310)의 가장자리는 냉매 배출부(313)가 위치하는 부분의 가장자리에 대응한다.
따라서, 본 실시예에서는 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b)를 휨 구조로 형성함으로써, 냉매 유입부(312)가 형성된 하부 플레이트(310)의 가장자리와 냉매 유입부(312)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b) 사이의 영역보다 냉매 배출부(313)가 형성된 하부 플레이트(310)의 가장자리와 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b) 사이의 영역을 좁게 형성할 수 있다. 상기 휨 구조에 따른 휘어진 부분은 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리(320b)의 중심 부분에 형성될 수 있다.
이상의 실시예에서는 하나의 하부 플레이트에서 하나의 보강 부재만 형성하는 것을 설명하였으나, 변형 실시예로서 냉매 배출부(313)에 인접한 하부 플레이트(310)에도 추가적으로 보강 부재를 형성하는 것도 가능하다. 이때, 냉매 배출부(313)에 인접한 지지체(320)의 가장자리를 직선 구조로 형성할 수 있다.
도 6을 참고하면, 복수의 돌출 부재(351)는 하부 플레이트(310)의 상부면으로부터 상부 플레이트(330)를 향해 돌출되어 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 복수의 돌출 부재(351)는 프레스 공법으로 하부 플레이트(310)를 형성 시 함께 형성되고, 복수의 돌출 부재(351)는 하부 플레이트(310)와 일체인 구조일 수 있다.
도 7을 참고하면, 지지체(320)는 수직 단면 상에서 마루 부위(323a)가 상부 플레이트(330)에 접하고, 골 부위(323b)가 하부 플레이트(310)에 접하는 형상의 반복적인 요철 구조에 의해 복수의 냉매 유로(321)를 형성할 수 있다.
따라서, 마루 부위(323a)와 골 부위(323b)를 연결하는 연결 부위(323c)가 복수의 냉매 유로(321)를 형성하는 동시에, 상부 플레이트(330)와 하부 플레이트(310) 사이의 수납부(311) 공간을 지지한다. 따라서, 냉각 부재(300)의 강성을 보강하여 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈용 냉각 부재를 나타내는 평면도이다. 도 8에는 도 3의 냉각 부재에 추가적인 냉각 부재가 더 연결되어 있는 구조를 나타내는 실시예가 도시되어 있다.
도 8을 참고하면, 제1 냉각 부재(500)의 냉매 배출부인 제1 냉매 배출부(513)와 제2 냉각 부재(300)의 냉매 유입부인 제2 냉매 유입부(312)는 냉매가 연통될 수 있는 도관(501)에 의해 서로 연결되어 있다.
냉매는 제1 냉각 부재(500)로부터 제2 냉각 부재(300) 방향으로 유입 및 배출되며, 도 3의 냉각 부재는 제2 냉각 부재(300)를 구성할 수 있다. 구체적으로, 제1 냉각 부재(500)의 냉매 유입부인 제1 냉매 유입부(512)로 냉매가 유입되고, 제1 냉매 유로(521)를 통과한 후 제1 냉각 부재(500)의 냉매 배출부인 제1 냉매 배출부(513)로 냉매가 배출되며, 도관(501)을 통해 제2 냉각 부재(300)의 냉매 유입부인 제2 냉매 유입부(312)로 냉매가 유입되고, 제2 냉매 유로(321)를 통과한 후 제2 냉각 부재(300)의 냉매 배출부인 제2 냉매 배출부(313)로 냉매가 배출된다.
제1 냉각 부재(500)의 제1 지지체(520)는 평면상으로 4개의 가장자리들(524a, 524b, 524c, 524d)을 갖는 구조로 이루어져 있고, 냉매 유로들(521)은 냉매 유입부(512)에 인접하여 위치하는 제1 가장자리(524a)에서부터, 제1 냉매 배출부(513)에 인접하여 위치하는 제2 가장자리(524b) 방향으로 평행하게 형성되어 있다. 여기서, 제1 냉매 배출부(513)에 인접하여 위치하는 제2 가장자리(524b)는 휘어진 부분을 포함할 수 있고, 휘어진 부분은 제2 가장자리(524b)의 중심 부분에 형성될 수 있다. 휘어진 부분으로 인해 제1 냉각 부재(500)를 통과한 냉매가 제2 냉각 부재(300)로 원활하게 이동할 수 있도록 하여 냉매 시간을 단축할 수 있다.
마찬가지로 제2 냉각 부재(300)의 제2 지지체(320)는 평면상으로 4개의 가장자리들(324a, 324b, 324c, 324d)을 갖는 구조로 이루어져 있고, 냉매 유로들(321)은 냉매 유입부(312)에 인접하여 위치하는 제1 가장자리(324a)에서부터, 냉매 배출부(313)에 인접하여 위치하는 제2 가장자리(324b) 방향으로 평행하게 형성되어 있다.
제1 냉각 부재(500)의 냉매 유입부인 제1 냉매 유입부(512)는, 대응되는 하부 플레이트(510)의 가장자리 상에서 중앙 부분에 위치하고, 제1 냉매 배출부(513)는 대응되는 하부 플레이트(510)의 가장자리 상에서, 중앙 부분에 위치할 수 있다. 제1 냉매 배출부(513)의 위치는 이에 한정되지 않고, 지지체(520)의 제3 가장자리(524c) 방향 또는 제4 가장자리(524d) 방향으로 편향될 수도 있다.
제1 지지체(520)의 제1 가장자리(524a)와 제2 가장자리(524b)는, 냉매의 원활한 유입 및 배출을 유도할 수 있도록, 제1 냉매 유입부(512) 및 제1 냉매 배출부(513)로부터 각각 소정의 간격을 두고 이격되어 있다. 다만, 제1 냉매 유입부(512)에 인접한 제1 지지체(520)의 제1 가장자리(524a)는 직선 구조를 갖고, 제1 냉매 배출부(513)에 인접한 제1 지지체(520)의 제2 가장자리(524b)는 휨 구조를 가질 수 있다. 직선 구조를 갖는 제1 지지체(520)의 제1 가장자리(524a)와 제1 냉매 유입부(512) 사이에 보강 부재(550)가 형성되고, 휨 구조를 갖는 제1 지지체(520)의 제2 가장자리(524b)와 제1 냉매 배출부(513) 사이에는 별도의 보강 부재 없이 제1 지지체(520)의 휨 구조를 갖는 부분이 배치되어 있다.
제1 가장자리(524a)와 제2 가장자리(524b)에 대응하는 하부 플레이트(510)의 수납부 내주면들은 냉매의 원활한 유입 및 배출을 유도할 수 있도록, 평면상으로 제1 냉매 유입부(512) 및 제1 냉매 배출부(513) 방향으로 만입된 경사면들(S1, S2)을 각각 포함하고 있다.
제2 냉각 부재(300)의 냉매 유입부인 제2 냉매 유입부(312)는 대응되는 하부 플레이트(310)의 가장자리 상에서 중앙 부분에 위치하고, 제2 냉매 배출부(313)는 대응되는 하부 플레이트(310)의 가장자리 상에서 중앙 부분에 위치할 수 있다. 제2 냉매 배출부(313)의 위치는 이에 한정되지 않고, 지지체(320)의 제3 가장자리(324c) 방향 또는 제4 가장자리(324d) 방향으로 편향될 수도 있다.
제2 냉각 부재(300)의 나머지 구조는 제1 냉각 부재(500)와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 9는 도 8의 냉각 부재를 변형한 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9를 참고하면, 도 9에서 설명하려는 실시예는 도 8에서 설명한 실시예와 대부분 동일하나, 제1 지지체(520)의 제2 가장자리(524b)와 냉매 배출부(513) 사이에 보강 부재(550)가 추가적으로 형성되어 있는 점에 차이가 있다. 또, 냉매 배출부(513)에 인접한 제1 지지체(520)의 제2 가장자리(524b)는 휨 구조가 아니라 직선 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 냉각 부재처럼 복수의 냉각 부재가 연결된 경우에는, 제1 냉각 부재(500)의 냉매 배출부(513)를 통해 배출된 냉매가 제2 냉각 부재(300)로 다시 들어가서 냉각 작용을 해야 하는 점을 고려할 때, 제1 지지체(520)의 제2 가장자리(524b)와 냉매 배출부(513) 사이에 보강 부재(550)가 추가로 형성되어 냉매의 경로와 유속을 조정할 수 있다. 따라서, 냉각 효율을 더 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 8을 참고하여 설명한 내용은 본 실시예에도 모두 적용 가능하다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉각 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 11은 도 10의 하부 플레이트에 지지체가 장착된 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 10 및 도 11에서 설명하려는 실시예는 도 3 및 도 4를 참고하여 설명한 실시예와 대부분 동일하나, 보강 부재를 형성하는 방법 및 이에 따라 제조된 보강 부재 구조에 차이가 있는 바, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 냉각 부재(600)에서, 하부 플레이트(610)의 수납부(611)에 지지체(620)가 장착되고, 지지체(620)는 복수의 냉매 유로(621)를 포함한다. 본 실시예에 따른 지지체(620)는, 냉매 유입부(312)에 인접한 제1 영역, 냉매 배출부(313)에 인접한 제2 영역, 및 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하는 제3 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에서 복수의 냉매 유로(621)는 서로 평행하게 배치되고, 직선 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 영역에서 복수의 냉매 유로(621)는 상기 제2 영역의 복수의 냉매 유로(621)가 연장되어 있으며, 냉매 유입부(312)가 위치하는 부분을 향해 휘어질 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 보강 부재(650)는 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 냉매 유로(621)가 연장되어 냉매 유입부(312)를 향하는 방향으로 뻗는 구조로 이루어진다. 보강 부재(650)의 전체 모양은 냉매 유입부(312) 향하는 방향을 따라 폭이 좁아지는 패턴 구조를 가질 수 있다. 이때, 보강 부재(650)를 구성하는 냉매 유로들(621) 사이의 폭(d1)은, 냉매 유입부(312)와 냉매 배출부(313) 사이의 중앙 부분에 해당하는 상기 제2 영역에 위치하는 냉매 유로들(621) 사이의 폭(d2)보다 작을 수 있다.
본 실시예에 따른 지지체(620)는 냉매 유입부(312)와 냉매 배출부(313)를 제외하고 하부 플레이트(620)의 수납부(611)와 그 모양이 평면적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에서 보강 부재(650)는 지지체(620)와 일체로 형성될 수 있다. 이처럼 지지체(620)와 보강 부재(650)를 일체로 형성하기 위해 프레스 방법을 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
300: 냉각 부재
310, 510: 하부 플레이트
320, 520: 지지체
321: 냉매 유로
330: 상부 플레이트
350: 보강 부재

Claims (17)

  1. 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는 냉각 플레이트, 그리고
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 위치하며, 복수의 냉매 유로를 갖는 지지체를 포함하고,
    상기 하부 플레이트는 냉매 유입부와 냉매 배출부를 갖고, 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나에 인접하여 보강 부재가 형성되어 있는 전지 모듈용 냉각 부재.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 플레이트에는 상기 상부 플레이트와 대향하는 제1 면의 반대측에 위치하는 제2 면 방향으로 만입된 구조의 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부에 상기 지지체가 장착되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  3. 제1항에서,
    상기 보강 부재는 상기 하부 플레이트가 상기 지지체로 덮이지 않은 부분에 형성되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  4. 제3항에서,
    상기 보강 부재는 상기 냉매 유입부에 인접하여 형성되고, 상기 보강 부재의 전체 모양은 상기 냉매 유입부에서 상기 지지체를 향하는 방향을 따라 폭이 넓어지는 패턴 구조를 갖는 전지 모듈용 냉각 부재.
  5. 제4항에서,
    상기 냉매 유입부에 인접한 상기 지지체의 가장자리는 직선 구조를 갖고, 상기 냉매 배출부에 인접한 상기 지지체의 가장자리는 휨 구조를 갖는 전지 모듈용 냉각 부재.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 냉매 유로는 서로 평행하게 배치되어 있는 전지 모듈용 냉각 부재.
  7. 제1항에서,
    상기 보강 부재는 상기 하부 플레이트와 일체로 형성되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  8. 제1항에서,
    상기 보강 부재는 복수의 돌출 부재를 포함하는 전지 모듈용 냉각 부재.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 돌출 부재는 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부를 연결하는 가상선을 기준으로 점점 멀어지는 방향을 따라 배치되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  10. 제9항에서,
    상기 가상선으로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 가상선과 상기 돌출 부재 사이에 형성되는 각도가 점점 커지는 전지 모듈용 냉각 부재.
  11. 제1항에서,
    상기 보강 부재는 상기 지지체와 일체로 형성되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  12. 제11항에서,
    상기 보강 부재는 상기 냉매 유로가 연장되어 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 뻗으며, 상기 보강 부재의 전체 모양은 상기 냉매 유입부 또는 상기 냉매 배출부를 향하는 방향을 따라 폭이 좁아지는 패턴 구조를 갖는 전지 모듈용 냉각 부재.
  13. 제11항에서,
    상기 보강 부재는 상기 냉매 유로가 연장되어 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 뻗으며, 상기 보강 부재를 구성하는 상기 냉매 유로들 사이의 폭은 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부 사이의 중앙 부분에 위치하는 상기 냉매 유로들 사이의 폭보다 작은 전지 모듈용 냉각 부재.
  14. 제11항에서,
    상기 지지체는 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 배출부를 제외하고 상기 하부 플레이트의 수납부와 그 모양이 평면적으로 동일한 전지 모듈용 냉각 부재.
  15. 제1항에서,
    상기 전지 모듈용 냉각 부재는 도관으로 서로 연결된 제1 냉각 부재 및 제2 냉각 부재를 포함하고,
    상기 제1 냉각 부재의 하부 플레이트는 제1 냉매 유입부와 제1 냉매 배출부를 포함하고, 상기 제2 냉각 부재의 하부 플레이트는 제2 냉매 유입부와 제2 냉매 배출부를 포함하며, 상기 보강 부재는 상기 제1 냉매 유입부, 상기 제1 냉매 배출부 및 상기 제2 냉매 유입부 각각에 인접하여 형성되는 전지 모듈용 냉각 부재.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 냉매 유입부에 인접한 상기 제1 냉각 부재의 지지체의 가장자리, 상기 제1 냉매 배출부에 인접한 상기 제1 냉각 부재의 지지체의 가장자리 및 상기 제2 냉매 유입부에 인접한 상기 제2 냉각 부재의 지지체의 가장자리 각각은 직선 구조를 갖고, 상기 제2 냉매 배출부에 인접한 상기 제2 냉각 부재의 지지체의 가장자리는 휨 구조를 갖는 전지 모듈용 냉각 부재.
  17. 제1항에 따른 전지 모듈용 냉각 부재를 적어도 하나 포함하는 전지팩.
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