KR20210078764A - 배터리 모듈 냉각 구조 - Google Patents

배터리 모듈 냉각 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 냉각 구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 배터리 모듈이 온도편차가 없이 고르게 냉각될 수 있도록 하는 배터리 모듈 냉각 구조에 관한 것으로서, 배터리 셀 모듈을 냉각하는 배터리 모듈 냉각 구조에 있어서, 제1 배터리 셀(311); 상기 제1 배터리 셀(311)에 접촉되도록 마련되는 냉각수단; 상기 냉각수단 위를 덮는 제2 배터리 셀(312); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함하여, 배터리 모듈의 냉각성능 향상에 관한 것으로 배터리 셀 사이에 열전도성이 높은 그라파이트 시트를 적용하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

Description

배터리 모듈 냉각 구조{A battery module cooling structure}
본 발명은 배터리 모듈 냉각 구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 배터리 모듈이 온도편차가 없이 고르게 냉각될 수 있도록 하는 배터리 모듈 냉각 구조에 관한 것이다.
최근 환경오염 이슈와 함께 화석 에너지 자원의 고갈화 등으로 친환경 자동차 붐이 일고 있다.
그 중에서도 중심에 있는 것은 전기자동차 기술이다.
전기자동차 차량에는 에너지원으로서 배터리 모듈이 탑재되고 있다.
그러나, 수 많은 배터리 셀이 연결되고 있고, 모터 구동시 많은 전류가 흐르기 때문에 발생되는 열이 상당하다.
이와 같은 배터리 발열은 냉각 장치를 통해 적정 온도로 냉각시키는 것이 매우 중요하다.
다시 말해서, 현재 개발되는 배터리 팩은 에너지 밀도를 향상시키고, 배터리 셀 고정 및 보호를 위해 사용되는 카트리지와 같은 부품들을 삭제하거나 축소 적용 하고 있다.
그에 따라 필연적으로 배터리의 냉각구조가 단순화되는 한편, 냉각성능의 향상을 위한 구조로서 열전도성 물질의 갭필러를 적용하고 있다.
갭필러는 냉각블록 형태의 구조를 적용하고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 냉각구조는 배터리 셀의 하단부만을 냉각시키기 때문에 배터리 셀의 하단부와 상단부에서의 온도차이가 발생하는 문제가 있다.
이와 같은 온도편차는 배터리의 성능과 내구성의 저하를 초래할 수 있는 문제가 있다.
KR 1670020 B1
위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 배터리 셀의 하단부뿐만 아니라 본방부를 통해서도 열전달이 이루어지기 때문에 배터리 셀의 온도차이를 줄일 수 있도록 열전도성이 높은 그라파이트 시트 또는 갭필러를 적용한 배터리 모듈 냉각 구조를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
배터리 셀 모듈을 냉각하는 배터리 모듈 냉각 구조에 있어서, 제1 배터리 셀(311); 상기 제1 배터리 셀(311)에 접촉되도록 마련되는 냉각수단; 상기 냉각수단 위를 덮는 제2 배터리 셀(312); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 냉각수단은 상기 제1 배터리 셀(311)에 도포된 갭필러인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 갭필러는 서로 소정 거리 이격된 채로 인접되어 마련된 상기 제1 배터리 셀(311) 및 상기 제2 배터리 셀(312) 사이로 도포되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 배터리 셀 모듈은 일측만 개방부를 가진 외부 하우징을 포함하되, 갭필러 분사노즐(110)가 상기 개방부를 향하고, 상기 하우징 내에 마련된 복수의 배터리 셀 사이 간격으로 상기 갭필러를 주입하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 갭필러는 실리콘, 아크릴, 에폭시, 우레탄 계열 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 주입된 갭필러는 상기 하우징에 밀착되는 바텀부(502-1) 및 상기 바텀부(502-1)로부터 연장되어 상기 하우징 내에 마련된 복수의 배터리 셀 사이에 채워지는 컬럼부(502-2); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 바텀부(502-1)는 냉각블록에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 냉각수단은 시트형인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 냉각수단은 그라파이트 시트(600) 인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
또한, 상기 그라파이트 시트(600)의 하단부가 주입된 갭필러 제2 구조(504)에 접촉되며, 상기 주입된 갭필러 제2 구조(504)는 제2 냉각블록(334)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 냉각 구조를 포함한다.
위와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 배터리 모듈의 냉각성능 향상에 관한 것으로 배터리 셀 사이에 열전도성이 높은 그라파이트 시트를 적용하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 열전도성이 높은 그라파이트 시트를 적용하면 배터리 셀의 하단부뿐만 아니라 본방부를 통해서도 열전달이 이루어지기 때문에 배터리 셀의 온도차이를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 갭필러가 제1 배터리 셀(311) 위로 도포되는 모습도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 갭필러 도포 과정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 갭필러가 도포된 배터리 모듈의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 갭필러가 도포된 배터리 모듈의 방열모습이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 그라파이트 시트(600)가 제3 배터리 셀(313) 및 제4 배터리 셀(314)사이에 삽입된 모습도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 그라파이트 시트(600)가 삽입된 배터리 모듈의 설치도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 그라파이트 시트(600)가 삽입된 배터리 모듈의 방열모습이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
먼저 본 발명의 바람직한 제1 실시 예를 도 1을 참조하여 설명한다.
갭필러 분사노즐(110)는 갭필러를 도포하는 분사 수단으로서 상부에 제1 배터리 셀(311)을 마련하고 있다.
갭필러 분사노즐(110)가 갭필러를 제1 배터리 셀(311) 위로 도포한다.
제2 배터리 셀(312)는 도포된 갭필러(210) 위로 올려져 적층된다.
다시 말해, 도포된 갭필러(210)는 제1 배터리 셀(311) 및 제2 배터리 셀(312) 사이에 도포되고 있다.
제1 배터리 셀(311)는 고정되고 갭필러 분사노즐(110)이 제1 배터리 셀(311) 위를 이동해가며 도포된 갭필러(210)를 형성시킬 수 있다.
다른 한편, 갭필러 분사노즐(110)가 고정되고 제1 배터리 셀(311)이 갭필러 분사노즐(110) 아래에서 이동되면서 도포된 갭필러(210)를 형성시킬 수도 있는 것이다.
다시 말해서, 본 발명의 바람직한 제1 실시 예는 종래에 셀과 셀 사이 양면 테잎 삭제하고 그 공간에 갭필러를 적용한 것이다.
이 때, 갭필러는 실리콘, 아크릴, 에폭시, 우레탄 계열 등의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1 실시 예에서 변형 실시예로서 도2를 참조하여 설명한다.
배터리 셀 모듈 하우징(320)는 배터리 셀들이 복수 개가 일정한 간격으로 배열된 배터리 셀 모듈의 외부를 감싸는 외부 하우징이다.
배터리 셀 모듈 하우징(320)는 일측만 개방부를 가진다.
갭필러 분사노즐(110)가 개방부를 향하고, 배터리 셀 모듈 하우징(320) 내에 마련된 복수의 배터리 셀 사이 간격으로 갭필러를 주입할 수 있다.
다시 말해, 배터리 셀 모듈 하우징(320)는 복수의 배터리 셀이 전기적으로 연결될 수 있도록 마련된 모듈을 내포하는 하우징인 것이다.
갭필러 분사노즐(110)가 배터리 셀 모듈 하우징(320)의 하부, 즉 개방부에서 갭필러를 도포할 수 있다.
다시 말해서, 도 2에서는 배터리 셀 모듈 하우징(320)의 상부로 표현되고 있지만, 사실은 배터리 셀 모듈 하우징(320)를 뒤집은 채로 갭필러 분사노즐(110)를 이용하여 갭필러를 채우는 것이다.
왜냐하면, 갭필러의 소재 특성상 흘러내림이 있기 때문에 배터리 셀 모듈 하우징(320)를 뒤집은 채 하부가 상방향으로 향하도록 하여 갭필러 분사노즐(110)를 이용하여 갭필러를 채우는 것이다.
보다 상세하게는, 갭필러 분사노즐(110)가 배터리 셀 모듈 하우징(320)에 마련된 복수의 배터리 셀과 셀 사이 간극에 갭필러를 주입하는 것이다.
이 때, 복수의 배터리 셀은 너비 방향이 좌우로 향하도록 세로 방향으로 배열되고 있는 것이 바람직할 수 있다.
갭필러 분사노즐(110)는 배터리 셀 모듈 하우징(320)의 위를 지그재그로 이동해가며 복수의 배터리 셀과 셀 사이 간극에 갭필러를 주입할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 주입된 갭필러의 모습은 도 3의 주입된 갭필러 제1 구조(502)와 같은 모습이다.
주입된 갭필러 제1 구조(502)는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따라 형성된 갭필러의 측면도이며, 종래 제1 갭필러(501)는 종래의 것이다.
종래의 기술은 압축패드(400)가 종래 제1 배터리 셀(321) 사이 간격에 삽입된 구조이다.
이와 같은 구조에 따르면 종래 제1 갭필러(501)는 종래 제1 배터리 셀(321)의 하단에만 밀착되고 종래 제1 냉각블록(331)을 통해 열방출되기 때문에 종래 제1 배터리 셀(321)는
상단부와 하단부의 온도편차가 발생되는 문제를 갖는다.
보다 상세하게는, 주입된 갭필러 제1 구조(502)는 바텀부(502-1) 및 컬럼부(502-2)를 포함할 수 있다.
컬럼부(502-2)는 바텀부(502-1)의 수직 상방향으로 길게 형성되고 있는 것이다.
제1 배터리 셀 모듈(322)은 소정 각격으로 이격된 채 마련된 복수 개의 셀들로 이루어진다.
다시 말해, 컬럼부(502-2)는 소정 각격으로 이격된 채 마련된 복수 개의 배터리 셀과 셀 사이에 채워진다.
바텀부(502-1)는 제1 냉각블록(332)에 밀착될 수 있다.
따라서, 제1 배터리 셀 모듈(322)가 발생시키는 열은 컬럼부(502-2)를 따라 균일하고 효과적으로 전도되어 바텀부(502-1)로 전해지고, 다시 제1 배터리 셀 모듈(322)를 통해 빠져나가게 되면서 제1 배터리 셀 모듈(322)가 냉각된다.
이 때, 컬럼부(502-2)가 제1 배터리 셀 모듈(322)의 상단부로부터 하단부에 이르기까지 채워져 있기 때문에 제1 배터리 셀 모듈(322)은 상단부와 하단부의 온도편차 없이 고르게 냉각될 수 있다.
이와 같은 고른 냉각은 도4에 도시되고 있다.
다음으로 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 그라파이트 시트(600)를 포함한 구조를 설명한다.
그라파이트 시트(600)는 제3 배터리 셀(313) 및 제4 배터리 셀(314) 사이에 판형으로 삽입될 수 있다.
그라파이트 시트(600)는 열전도성이 뛰어난 소재로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 그라파이트 시트(600)는 복수 개의 배터리 셀 사이에 삽입되도록 제2 배터리 셀 모듈(324)에 마련된다.
제2 냉각블록(334) 상부에는 주입된 갭필러 제2 구조(504)가 채워지고, 주입된 갭필러 제2 구조(504)는 제2 배터리 셀 모듈(324)의 하면 및 그라파이트 시트(600)의 하단과 접촉된다.
냉각방향은 도 6에 도시되고 있다.
그에 비해 종래의 기술은 종래 제3 배터리 셀(323)에 양면테이프(700)이 마련되고 있는 구조이기 때문에 종래 제2 냉각블록(333)를 통한 냉각이 원활히 이루어지지 못한 한계가 있었음을 확인할 수 있다.
이와 같은 냉각성능의 비교는 도 7을 참조하면 더욱 확실해진다.
종래의 양면테이프(700)이 적용된 종래 제3 배터리 셀(323)는 상단부 온도는 섭씨 52.6도, 중앙부는 섭씨 51.1도, 종래 제2 냉각블록(333)에최인접된 하단부는 섭씨 46.7 도로써 그 온도편차가 발생되고 있음을 확인할 수 있다.
110 : 갭필러 분사노즐
210 : 갭필러
311 : 제1 배터리 셀
312 : 제2 배터리 셀
313 : 제3 배터리 셀
314 : 제4 배터리 셀
320 : 배터리 셀 모듈 하우징
321 : 종래 제1 배터리 셀
322 : 제1 배터리 셀 모듈
323 : 종래 제2 배터리 셀
324 : 제2 배터리 셀 모듈
331 : 종래 제1 냉각블록
332 : 제1 냉각블록
333 : 종래 제2 냉각블록
334 : 제2 냉각블록
400 : 압축패드
501 : 종래 제1 갭필러
502 : 주입된 갭필러 제1 구조
502-1 : 바텀부
502-2 : 컬럼부
503 : 종래 제2 갭필러
504 : 주입된 갭필러 제2 구조
600 : 그라파이트 시트
700 : 양면테이프

Claims (10)

  1. 배터리 셀 모듈을 냉각하는 배터리 모듈 냉각 구조에 있어서,
    제1 배터리 셀(311);
    상기 제1 배터리 셀(311)에 접촉되도록 마련되는 냉각수단;
    상기 냉각수단 위를 덮는 제2 배터리 셀(312);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수단은,
    상기 제1 배터리 셀(311)에 도포된 갭필러인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 갭필러는 서로 소정 거리 이격된 채로 인접되어 마련된 상기 제1 배터리 셀(311) 및 상기 제2 배터리 셀(312) 사이로 도포되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 셀 모듈은 일측만 개방부를 가진 외부 하우징을 포함하되,
    갭필러 분사노즐(110)가 상기 개방부를 향하고, 상기 하우징 내에 마련된 복수의 배터리 셀 사이 간격으로 상기 갭필러를 주입하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 갭필러는 실리콘, 아크릴, 에폭시, 우레탄 계열 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 주입된 갭필러는
    상기 하우징에 밀착되는 바텀부(502-1) 및
    상기 바텀부(502-1)로부터 연장되어 상기 하우징 내에 마련된 복수의 배터리 셀 사이에 채워지는 컬럼부(502-2); 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바텀부(502-1)는 냉각블록에 접촉되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수단은 시트형인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각수단은 그라파이트 시트(600) 인 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트(600)의 하단부가 주입된 갭필러 제2 구조(504)에 접촉되며, 상기 주입된 갭필러 제2 구조(504)는 제2 냉각블록(334)에 접촉되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 모듈 냉각 구조.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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