KR20200057435A - 냉각 부재를 포함하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 적어도 하나의 전지 셀 또는 전지 모듈이 내장되는 하우징, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 전지 셀 또는 상기 전지 모듈을 냉각시키는 열교환 부재, 상기 열교환 부재와 연결되는 냉매 유입 포트 및 냉매 배출 포트 그리고 상기 냉매 유입 포트에 설치된 급속 냉각 부재를 포함한다.

Description

냉각 부재를 포함하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK INCLUDING COOLING MEMBER AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 냉각 부재를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 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.
전기 자동차 등에 적용되는 전지팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
멀티 모듈 구조의 전지팩은 다수의 이차 전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차 전지에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로서, 대한민국 특허공개공보 제10-2016-0109679호에 개시된 배터리 팩(이하 '종래기술 1' 이라 함)은 하우징 내에 배터리 모듈과 이를 냉각하는 쿨링 플레이트가 구비된 구성이 나타나 있다.
그러나 종래기술 1에서와 같이, 배터리 하우징 내부에 쿨링 플레이트가 함께 설치될 경우에는 열을 빨리 배출하기 위한 방법이며, 이러한 방법의 경우 냉각 효율이 크지 않은 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉각 효율을 높일 수 있는 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 전지팩은 적어도 하나의 전지 셀 또는 전지 모듈이 내장되는 하우징, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 전지 셀 또는 전지 모듈을 냉각시키는 열교환 부재, 상기 열교환 부재와 연결되는 냉매 유입 포트 및 냉매 배출 포트 그리고 상기 냉매 유입 포트에 설치된 급속 냉각 부재를 포함한다.
상기 냉매 유입 포트 및 상기 냉매 배출 포트는 각각 상기 하우징 표면으로부터 상기 하우징 외부로 돌출된 구조를 가지며, 상기 급속 냉각 부재는 상기 냉매 유입 포트의 외부에 설치될 수 있다.
상기 급속 냉각 부재는 상기 냉매 유입 포트 외부 표면을 적어도 일부 덮도록 형성될 수 있다.
상기 냉매 유입 포트가 상기 하우징으로부터 돌출된 길이는 상기 냉매 배출 포트가 상기 하우징으로부터 돌출된 길이보다 길 수 있다.
상기 냉매 유입 포트의 단면적은 상기 냉매 배출 포트의 단면적보다 클 수 있다.
상기 하우징의 바닥면에는 경사면이 형성될 수 있다.
상기 하우징의 바닥면에는 상기 경사면이 형성된 부분에 상기 열교환 부재를 지지하도록 지지 리브가 돌출될 수 있다.
상기 급속 냉각 부재에 의해 상기 냉매 유입 포트를 통해 상기 하우징으로 유입되는 냉매의 온도가 섭씨 20도 이상 섭씨 30도 이하를 유지할 수 있다.
상기 하우징에는 상기 냉매 유입 포트 및 상기 냉매 배출 포트가 통과하는 포트 홀이 각각 형성되어 있고, 상기 하우징의 바닥면에는 상기 열교환 부재의 스커트부가 삽입되는 실링부가 형성되며, 상기 포트 홀을 통해 누설 냉매가 배출될 수 있도록 하우징의 바닥면은, 상기 실링부에서 상기 포트 홀 방향으로 점차 낮아지는 경사면을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 앞서 설명한 전지팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 전지팩 외부에 위치하는 냉매 유입 포트에 직접 급속 냉각 부재를 설치함으로써, 실질적인 냉각 효율을 높일 수 있는 전지팩을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 내부 구성 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지팩의 외부 구성 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전지팩에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다.
도 4는 도 1의 전지팩에 포함된 하우징의 바닥면을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1의 전지팩에 포함된 하우징에 열교환 부재가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 내부 구성 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지팩의 외부 구성 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 전지팩에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩은 하우징(10), 하우징(10) 내에 수납되는 전지 모듈(M), 수납된 전지 모듈(M)을 덮는 커버를 포함할 수 있다. 전지 모듈(M)이 수납되기 전에 하우징(10) 바닥쪽에 열교환 부재(50)가 설치된다.
하우징(10)은 상부가 개방된 육면체형 구조로 이루어질 수 있고, 하우징(10)의 상부에는 커버(11)가 결합될 수 있다. 이러한 하우징(10)의 형상 및 구조는 도면에 도시된 구조에 한정되지 않고, 내부에 전지 셀 또는 전지 모듈들이 설치될 수 있는 구조이면 실시 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
하우징(10)의 내부에는 복수의 전지 모듈(M)이 설치될 수 있다. 예를 들면, 도 1에서와 같이 수직으로 세워진 전지 모듈(M)들이 연속적으로 배열될 수 있다.
하우징(10)의 바닥면(13)에는 전지 모듈(M)들의 온도를 조절할 수 있도록 열교환 부재(50)가 설치된다. 열교환 부재(50)는 냉각 시스템의 주요 구성 요소로서 내부에 냉매가 통과하도록 이루어져 전지 모듈(M)의 온도를 조절할 수 있도록 구성된다.
이러한 열교환 부재(50)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상부 플레이트(51)와 하부 플레이트(55)가 결합되어 내부에 냉매가 통과하도록 이루어진 냉각 플레이트형 구조로 형성될 수 있다. 상부 플레이트(51)는 열전달 부재 등을 통해 상부에 배치되는 전지 모듈(M) 등과 접촉하도록 구성되고, 하부 플레이트(55)는 냉매가 유입 및 배출되는 냉매 유입 포트(61) 및 냉매 배출 포트(63)가 연결되도록 구성된다.
상부 플레이트(51)와 하부 플레이트(55)는 도면에 도시한 바와 같이 일정한 두께를 가진 사각 평면 구조로 형성될 수 있고, 가장자리 둘레 부분이 상호 접합되어 그 내부에 냉매가 유동하도록 구성될 수도 있다.
하부 플레이트(55)는 어느 정도 깊이를 갖는 팬(pan)과 같은 구조로 형성될 수 있고, 가장자리 부분에 수평 방향으로 플랜지부(57)가 형성될 수 있다. 상부 플레이트(51)는 평면 구조로 형성될 수 있고, 가장자리 둘레 부분이 하부 플레이트(55)의 플랜지부(57)보다 더 확장된 구조로 형성될 수 있다. 특히, 상부 플레이트(51)의 가장자리 둘레 끝부분에는 하측으로 절곡된 스커트부(53)가 형성될 수 있다.
상부 플레이트(51)와 하부 플레이트(55)의 접합 구조는 상부 플레이트(51)가 하부 플레이트(55) 위에 올려진 상태에서 하부 플레이트(55)의 플랜지부(57)와 이 플랜지부(57)에 접하는 상부 플레이트(51) 밑면을 상호 접합하는 구조로 이루어지고, 이러한 구조로 내부에 냉매가 통과하는 열교환 부재(50)가 구성될 수 있다.
상부 플레이트(51)의 가장자리 둘레 부분에 형성된 스커트부(53)는 아래에서 설명하는 하우징(10)의 실링부(20)에 삽입 또는 결합되도록 구성된다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩에 포함된 냉매 유입 포트(61)에 급속 냉각 부재(65)가 설치되어 있다. 급속 냉각 부재(65)는 셀 자체의 개발로만은 한계가 있는 발열 문제를 해결하기 위해 냉매를 직접 낮추는 기능을 한다. 이때, 냉매의 온도가 너무 낮아지게 되면 전지셀 수명 및 효율이 오히려 저하될 수 있으나, 본 실시예에서는 전지 성능이 급하락하지 않도록 하기 위해 냉매 유입 포트(61)를 통해 하우징(10)으로 유입되는 냉매가 대략 섭씨 20도 미만의 온도로 떨어지지 않도록 조절할 수 있다. 다시 말해, 급속 냉각 부재(65)에 의해 냉매 유입 포트(61)를 통해 하우징(10)으로 유입되는 냉매의 온도가 섭씨 20도 이상 섭씨 30도 이하를 유지할 수 있도록 한다. 이것은 외부에서 급속 냉각을 진행하는 경우, 냉매 유입 포트(61)의 면적 및 급속 냉각을 진행하는 시간 등을 조절함으로써 냉각 효율을 조절할 수 있기 때문이다. 냉매 유입 포트(61)로 유입되는 일반적인 냉매의 온도는 대략 섭씨 40도 이상 섭씨 50도 이하일 수 있다.
이상에서 설명한 냉매 유입 포트(61)를 통해 하우징(10)으로 유입되는 냉매의 온도 범위는 한 예시이고, 전지셀 종류와 성능, 본 실시에에 따른 전지팩이 장착되는 자동차 등의 냉매 온도 범위 및 냉매 순환 속도 등에 따라 조금 다르게 설명 가능하다. 다시 말해, 발열량에 따라 상기 냉매 온도 범위의 상한 및 하한을 조정할 수 있다.
도 4는 도 1의 전지팩에 포함된 하우징의 바닥면을 도시한 평면도이다. 도 5는 도 1의 전지팩에 포함된 하우징에 열교환 부재가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 하우징(10)의 바닥면(13)에는 열교환 부재(50)의 스커트부(53)가 삽입되는 실링부(20)가 형성된다. 본 실시예에서와 같이 열교환 부재(50)의 둘레면이 사각 모양으로 형성될 경우에 실링부(20)도 사각 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.
실링부(20)는 홈 구조로 형성되어 열교환 부재(50)의 스커트부(53)가 삽입되어 끼워지는 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 실링부(20)에서 안쪽 벽(21)이 삭제된 구조로 구성되는 것도 가능하다.
하우징(10)의 밑면(14)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가운데 부분이 하측으로 돌출되게 형성되고, 밑면(14)의 가장 낮은 부분에 열교환 부재(50)로 연결되는 냉매 유입 포트(61) 및 냉매 배출 포트(63)가 삽입되도록 포트 홀(28)이 각각 형성된다.
하우징(10)의 바닥면(13)은, 혹시 발생할 수 있는 누설 냉매가 포트 홀(28)을 통해 배출될 수 있도록 실링부(20)에서 포트 홀(28) 방향으로 점차 낮아지는 경사면(25)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 경사면(25)이 형성된 부분은 열교환 부재(50)의 밑면을 지지할 수 있도록 지지 리브(26)가 상측으로 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다. 지지 리브(26)는 도 4에 도시된 바와 같이 누설 냉매의 원활한 배출을 위해 포트 홀(28)을 중심으로 길게 형성된 방사형 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하우징(10)의 바닥면(13)을 경사지게 구성하는 이유는 열교환 부재(50)에서 냉매가 누설될 경우에 냉매가 경사면을 따라 흘러간 후에 포트 홀(28)을 통해서 하우징(10) 외부로 원활하게 배출될 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 실시예에서는 경사면(25) 구조를 통해 누설 냉매가 아래쪽으로 흘러가는 구조를 예시하였으나, 경사면을 구성하지 않고, 하우징(10) 바닥면(13)에 누설 냉매가 배출되도록 배출 유로를 형성하여 구성하는 것도 가능하다.
포트 홀(28)은 누설 냉매가 원활하게 배출되도록 유입 포트(61) 또는 배출 포트(63)가 설치된 상태에서 틈새 또는 홀이 형성되도록 구성할 수 있다. 이를 위해 도 4에서와 같이 포트 홀(28)의 내면이 요철 구조(29)로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 누설 냉매를 하우징(10)의 외부로 배출하는 부분을 포트 홀(28)이 아닌 하우징(10)의 바닥면(13)에 별도의 홀을 형성하여 구성하는 것도 가능하다.
한편, 상기 설명 및 도면에서는 쿨링 플레이트 구조의 열교환 부재(50)에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 내부에 냉매가 유동하는 팩형 또는 통형 구조이면 공지의 다양한 열교환 부재에 본 발명의 누설 냉매의 유입을 차단하는 구조를 적용하여 구성하는 것이 가능하다.
본 실시예에 따른 전지팩은 수냉식 냉각 시스템을 사용할 수 있다. 수냉식 냉각 시스템의 경우에는 라디에이터와 전지팩을 서로 연결하여 라디에이터의 저온의 냉매를 전지팩으로 보내 열교환시켜 전지팩을 냉각시키고, 열교환으로 온도가 올라간 냉매는 다시 라디에이터로 보내지도록 할 수 있다.
일반적으로 냉각을 위한 기본 개념을 다음의 식 (1) 및 식 (2)로 나타낼 수 있다.
냉각 = Q발열 - Q냉각 식 (1)
Q 냉각 = (Tcoolant + Tcell) / Rheat 식 (2)
여기서, Q발열 은 전지팩에서 발생하는 발열량이고, Q냉각 -은 전지팩에서 발생하는 냉각열이며, Tcoolant은 냉매의 온도이고, Tcell은 전지셀 자체의 온도이며, Rh-eat은 저항열이다.
이론적으로 발열은 I2R(I는 전류, R은 저항)로 적용될 수 있으나, 전류 사용량을 늘려 연비 효율을 증가시키고 하나의 전지팩으로 여러 등급의 차량에 이용하기 위해서는 필연적으로 발열이 더 늘어날 수 있다. 발열로 인해 전지 사용 환경이 고온 환경이 되면, 대부분의 전지 수명이 급격하게 줄어들며, 사용 위험도 또한 증가한다. 또한, 전지의 성능을 높이기 위해 저항을 급격히 낮추어도, 이와 동시에 전류 사용량은 커지기 때문에 발열 문제는 전지셀 개발로는 해결하기 어렵다.
전류에 따른 전지셀 또는 전지 모듈 또는 전지팩의 최대 온도는 주위 온도(Ambient Temperature)에 따라 결정되는 것이 아니라, 냉매와 전지셀 자체의 온도에 따라 정해지기 때문에 본 발명의 실시예에 따르면 실질적인 사용 온도를 효과적으로 낮출 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이 냉매 유입 포트(61)에 급속 냉각 부재(65)가 설치된다.
본 실시예에 따른 급속 냉각 부재(65)는 냉매 유입 포트(61)에 설치되어 전지팩 내부로 유입되는 냉매를 직접 냉각시킬 수 있다. 이처럼, 전지팩 외부에 급속 냉각 부재(65)를 설치하기 때문에 전지팩 온도에 영향을 주지 않는다. 냉각으로 인한 발열은 냉매 배출 포트(63)를 통해 빠져 나갈 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 급속 냉각 부재(65)를 냉매 유입 포트(61)에 설치한 구조에 의한 냉각 시스템은 Tcoolant를 직접 낮출 수 있는 방법이며, 이러한 방법은 Tcell까지도 영향을 미쳐 실질적인 냉각 효과를 높일 수 있다. 종래에 많이 사용하는 냉각핀 및 페리미터(perimeter)에 의한 냉각은, 발생되는 열을 외부로 내보내기만 하는, 즉 Rheat만 조절하여 냉각을 시키는 방식이지만, 본 발명의 실시예에 따르면, Rheat뿐만 아니라 Tcell 및 Tcoolant에 동시에 영향을 미치는 냉각 방식이다. 따라서, 본 실시예에 따른 냉각 방식에 의하면 냉각 효율을 기존 대비 크게 향상시킬 수 있다.
도 6은 도 3의 전지팩의 변형예에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다. 도 7은 도 6의 전지팩의 변형예에 포함된 하우징의 밑면을 바라보는 방향의 사시도이다.
본 실시예에 따른 급속 냉각 부재를 사용하여 냉매를 냉각할 때, 냉매 유입 포트(61)의 길이 및 면적 중 적어도 하나를 조절함으로써 냉각되는 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있다. 구체적으로, 도 6을 참고하면, 냉매 유입 포트(61)의 길이를 길게 하여 전지팩 내부로 유입되는 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있다. 이때, 냉매 유입 포트(61)의 길이가 길어짐과 동시에 냉매 유입 포트(61)에 설치된 급속 냉각 부재(65)의 길이 또한 길게 형성할 수 있다.
뿐만 아니라 도 7을 참고하면, 냉매 유입 포트(61)의 단면적을 크게 하여 전지팩 내부로 유입되는 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있다. 여기서 단면적은 냉매 유입 포트(61)의 길이 방향(냉매 유입 방향)에 수직한 방향으로 자른 면의 면적을 의미할 수 있다. 이때, 냉매 유입 포트(61)의 단면적이 커짐과 동시에 냉매 유입 포트(61)에 설치된 급속 냉각 부재(65)의 면적 또한 크게 형성될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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.
10: 하우징
25: 경사면
26: 지지 리브
50: 열교환 부재
61: 냉매 유입 포트
63: 냉매 배출 포트
65: 급속 냉각 부재

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 전지 셀 또는 전지 모듈이 내장되는 하우징,
    상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 전지 셀 또는 상기 전지 모듈을 냉각시키는 열교환 부재,
    상기 열교환 부재와 연결되는 냉매 유입 포트 및 냉매 배출 포트 그리고
    상기 냉매 유입 포트에 설치된 급속 냉각 부재를 포함하는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 냉매 유입 포트 및 상기 냉매 배출 포트는 각각 상기 하우징 표면으로부터 상기 하우징 외부로 돌출된 구조를 가지며, 상기 급속 냉각 부재는 상기 냉매 유입 포트에 설치되는 전지팩.
  3. 제2항에서,
    상기 급속 냉각 부재는 상기 냉매 유입 포트 외부 표면을 적어도 일부 덮도록 형성되는 전지팩.
  4. 제2항에서,
    상기 냉매 유입 포트가 상기 하우징으로부터 돌출된 길이는 상기 냉매 배출 포트가 상기 하우징으로부터 돌출된 길이보다 긴 전지팩.
  5. 제2항에서,
    상기 냉매 유입 포트의 단면적은 상기 냉매 배출 포트의 단면적보다 큰 전지팩.
  6. 제1항에서,
    상기 하우징의 바닥면에는 경사면이 형성되어 있는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 하우징의 바닥면에는 상기 경사면이 형성된 부분에 상기 열교환 부재를 지지하도록 지지 리브가 돌출된 전지팩.
  8. 제1항에서,
    상기 급속 냉각 부재에 의해 상기 냉매 유입 포트로 유입되는 냉매의 온도가 섭씨 20도 이상 섭씨 30도 이하를 유지하는 전지팩.
  9. 제1항에서,
    상기 하우징에는 상기 냉매 유입 포트 및 상기 냉매 배출 포트가 통과하는 포트 홀이 각각 형성되어 있고, 상기 하우징의 바닥면에는 상기 열교환 부재의 스커트부가 삽입되는 실링부가 형성되며,
    상기 포트 홀을 통해 누설 냉매가 배출될 수 있도록 하우징의 바닥면은, 상기 실링부에서 상기 포트 홀 방향으로 점차 낮아지는 경사면을 갖도록 형성되는 전지팩.
  10. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020121882A1 (de) * 2020-08-20 2022-02-24 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie, Verfahren zu deren Herstellung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5913176B2 (ja) * 1980-11-28 1984-03-28 株式会社紀文 食品添加物及び利用方法
KR20060027578A (ko) 2004-09-23 2006-03-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈 온도 제어 시스템
KR100684758B1 (ko) * 2005-05-16 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
KR100932214B1 (ko) * 2005-10-14 2009-12-16 주식회사 엘지화학 열전소자를 이용한 전지팩의 열교환 시스템
JP2009054297A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Toshiba Corp 電池パック
WO2012177000A2 (ko) * 2011-06-21 2012-12-27 주식회사 엘지화학 신규한 공냉식 구조의 전지팩
JP2013098081A (ja) 2011-11-02 2013-05-20 Toyota Industries Corp 電池温度調節システム
KR102021150B1 (ko) * 2012-12-26 2019-09-11 현대모비스 주식회사 차량용 전지셀 모듈 어셈블리
JP2014175156A (ja) 2013-03-08 2014-09-22 Nissan Motor Co Ltd バッテリユニット
KR101589996B1 (ko) * 2013-06-07 2016-01-29 주식회사 엘지화학 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
KR101589931B1 (ko) * 2014-01-06 2016-01-29 희성정밀 주식회사 전기 자동차용 배터리 냉각장치
CN204271163U (zh) * 2014-12-08 2015-04-15 广州汽车集团股份有限公司 车辆动力电池包的底壳结构及动力电池包漏液检测装置
KR102314041B1 (ko) 2015-03-12 2021-10-18 삼성에스디아이 주식회사 베터리 팩
KR20180054064A (ko) * 2016-11-14 2018-05-24 엘지전자 주식회사 배터리 열교환기 및 그를 갖는 배터리 팩
KR102196263B1 (ko) * 2016-11-30 2020-12-29 주식회사 엘지화학 액상 냉매 사용에 대해 안정성이 향상된 냉각 구조를 가지는 전지팩
CN108448022A (zh) * 2018-04-23 2018-08-24 叶巧敏 一种汽车用的散热性好的汽车电池组

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