KR20220040751A - 배터리팩의 냉각플레이트 - Google Patents

배터리팩의 냉각플레이트 Download PDF

Info

Publication number
KR20220040751A
KR20220040751A KR1020200123824A KR20200123824A KR20220040751A KR 20220040751 A KR20220040751 A KR 20220040751A KR 1020200123824 A KR1020200123824 A KR 1020200123824A KR 20200123824 A KR20200123824 A KR 20200123824A KR 20220040751 A KR20220040751 A KR 20220040751A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling plate
battery pack
cooling
plate
stainless steel
Prior art date
Application number
KR1020200123824A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102462632B1 (ko
Inventor
위상권
정창균
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020200123824A priority Critical patent/KR102462632B1/ko
Publication of KR20220040751A publication Critical patent/KR20220040751A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102462632B1 publication Critical patent/KR102462632B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은, 냉각 성능을 유지하면서 동시에 구조 강성을 높이고 단열 기능이 향상되도록 하이브리드 재질로 된 배터리팩의 냉각플레이트에 관한 것으로, 판 형상의 제1 부재; 및 상기 제1 부재에 접하도록 배치되고, 상기 제1 부재와 접하는 표면에 오목부가 형성되어 냉각수 유로를 구성하며, 내부에 중공부를 갖춘 제2 부재를 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 제1 부재보다 열전도도가 낮으면서 고강도인 재질을 포함할 수 있다.

Description

배터리팩의 냉각플레이트 {Cooling plate of battery pack}
본 발명은, 예컨대 전기자동차용 배터리팩에서, 냉각 성능을 유지하면서 동시에 구조 강성을 높이고 단열 기능이 향상되도록 하이브리드 재질로 된 배터리팩의 냉각플레이트에 관한 것이다.
전기자동차의 배터리팩은 충/방전 중에 배터리셀에서 발열을 동반하므로 이를 효과적으로 냉각하지 않으면 화재가 발생할 수 있다. 또한, 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위해, 주어진 케이스의 공간 내에 최대한 많은 배터리셀을 장착하도록 설계되고 있어, 배터리를 효과적으로 냉각하는 방법이 더욱 중요하다.
이와 같이 전기자동차용 배터리팩이 고용량화됨에 따라 배터리팩의 냉각시스템에는 냉각수를 순환하는 수랭 방식이 적용되고 있다. 일반적인 수랭 방식의 냉각시스템은 냉각플레이트 내에 냉각수를 담고 있고 펌프의 구동으로 냉각수를 순환하도록 구성된다.
냉각플레이트는, 배터리셀에서 발생한 열을 냉각수를 통해 외부로 방출하는 냉각 기능뿐 아니라 배터리셀의 무게를 구조적으로 지지하는 역할을 한다. 이와 동시에 외부 충격이 전달되더라도 파괴에 의한 냉각수의 누수가 발생하지 않도록 하는 기계적 강성과, 혹한기/혹서기에 외부로부터 전달되는 열과 냉기를 효과적으로 차단하는 단열 기능도 요구된다.
이러한 냉각플레이트는 열전도도가 높은 알루미늄 소재를 주로 사용한다. 예를 들어, 냉각플레이트는 알루미늄으로 된 상판과 하판으로 구성된다. 상판은 배터리셀과 접촉하며, 하판은 냉각수가 흐르도록 내부에 유로(Channel)를 형성한다.
이러한 알루미늄 재질의 하판은 배터리셀을 구조적으로 지지해야 하므로 구조 강성을 위해 알루미늄을 두껍게 적용해야 하고, 이로써 배터리팩의 비용을 상승시킨다. 또, 외부에서 들어오는 열을 차단하기 위해, 하판의 외면에는 단열재가 추가되어야 하는데, 이에 따라 배터리팩은 복잡한 구조를 갖게 된다.
(특허문헌 1) KR 1780735 B1
본 발명은, 냉각 성능을 유지하면서 동시에 구조 강성을 높이고 단열 기능이 향상되도록 하이브리드 재질로 된 배터리팩의 냉각플레이트를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트는, 판 형상의 제1 부재; 및 상기 제1 부재에 접하도록 배치되고, 상기 제1 부재와 접하는 표면에 오목부가 형성되어 냉각수 유로를 구성하며, 내부에 중공부를 갖춘 제2 부재를 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 제1 부재보다 열전도도가 낮으면서 고강도인 재질을 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 냉각 성능을 유지하면서 동시에 구조 강성을 높이고 단열 기능이 향상되며, 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 냉각플레이트가 적용되는 배터리팩에서 커버를 생략한 채로 도시한 케이스의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 냉각플레이트가 적용되는 배터리팩에서 커버를 생략한 채로 도시한 케이스의 사시도이다.
배터리팩은 케이스(1), 복수의 배터리셀(미도시), 냉각플레이트(2)를 포함할 수 있다.
케이스(1)는 케이스 본체(10)와 커버(미도시)를 포함할 수 있다. 케이스 본체는 바닥판(11)과, 바닥판을 둘러싸는 측벽(12)을 포함할 수 있다.
케이스 본체(10)와 커버는 내부에 공간을 형성하도록 서로 결합될 수 있다. 일례로, 케이스 본체의 측벽(12) 테두리를 따라 플랜지부(13)가 형성되고, 플랜지부와 커버가 서로 중첩된 후 볼트 및 너트 등과 같은 고정구에 의해 조립될 수 있다.
케이스(1)는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부 공간에는 복수의 배터리셀(미도시)이 수납될 수 있다.
전기자동차의 경우에, 케이스(1)는 차체를 구성하는 언더 플로어 패널에 고정되게 설치될 수 있다.
도시되지 않은 복수의 배터리셀은 서로 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된다. 예컨대, 수십 개의 배터리셀을 조합하여 하나의 배터리모듈이 구성될 수 있고, 배터리팩은 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리모듈을 포함할 수 있다.
복수의 배터리셀은 배터리팩의 외부에 있는 전자 기기에 연결되어 전원을 공급하는 방전 동작을 수행하거나, 외부의 전자 기기로부터 전원을 공급받는 충전 동작을 수행한다.
각각의 배터리셀에서 발생한 열은 배터리셀과 케이스 본체(10) 사이에 개재된 냉각플레이트(2)를 통해 그 안에 담겨있는 냉각수로 전달된다. 냉각수는 배터리셀로부터 열을 받아서 냉각플레이트 및 배터리팩의 외부로 배출된 후, 공기와의 열교환을 통해 배터리셀의 열을 전달하고 냉각된 다음에 냉각플레이트로 다시 유입되어 순환한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트(2)는 제1 부재(21)와 제2 부재(22)를 포함할 수 있다.
제1 부재(21)는 판 형상의 부재로서, 배터리셀과 직접 접촉할 수 있다. 이러한 제1 부재는 배터리셀에서 발생한 열을 냉각수에 전달하여 냉각수를 통해 외부로 방출할 수 있어야 한다. 이에 따라, 제1 부재는 배터리셀로부터 열을 원활히 전달하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같이 열전도도가 우수한 재질로 형성될 수 있다.
제1 부재(21)에서, 배터리셀과 접촉하는 표면의 반대쪽 표면에는 냉각수로 방열하기 위해 소정 길이로 연장한 복수의 핀(Fin)부재(23)가 형성될 수 있다. 이와 같은 핀부재로 인하여, 제1 부재의 표면으로부터 냉각수에 열전달이 가능한 표면적이 증가하면서 냉각 성능이 향상될 수 있는 장점이 있다.
제2 부재(22)는 내부에 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로서, 제1 부재(21)와 접하는 표면에 오목부(25)가 형성되어 제1 부재와 결합함으로써 제1 부재와 오목부 사이의 공간 내로 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(20)를 구성할 수 있다.
여기서, 전술한 제1 부재(21)의 복수의 핀부재(23)는 제2 부재(22)의 오목부(25)에 대응되게 배치되고 오목부를 향해 돌출되게 형성될 수 있다.
제2 부재(22)는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부의 중공부(24)에는 공기 또는 아르곤 가스 등과 같은 단열 가스가 수용될 수 있다.
여름철 외부의 고온이나 겨울철 저온 환경에서 극심한 온도 변화가 발생하면 배터리셀의 성능이 저하되므로 이를 방지하기 위해 외부로부터 열이 전파되거나 내부의 열을 잃지 않도록 냉각플레이트(2) 자체의 단열 성능이 중요하다.
제2 부재(22)가 중공부(24)를 갖추고 중공부 내에 단열 가스가 채워짐으로써, 외부의 열 또는 냉기를 차단하는 단열 효과가 발휘될 수 있다.
또한, 중공부(24)를 갖춘 제2 부재(22)는, 예를 들어 전기자동차의 경우에, 차체의 하부로부터 외부의 충격이 가해져도 충격에너지를 흡수할 수 있는 완충 공간을 확보할 수 있다. 즉, 중공부가 완충부의 역할을 수행할 수 있다.
더욱이, 제2 부재(22)는 단열 성능에 유리한 재질이 채택되어 형성될 수 있는데, 예를 들면 알루미늄, 강재 등에 비해 열전도도가 낮은 스테인리스강(S)을 포함한 재질이 채용될 수 있다.
예를 들어, 제2 부재(22)는 200계, 300계, 400계 스테인리스강으로 되고서 약 0.8 ~ 1.2mm의 두께를 가진 판재로 만들어질 수 있다.
스테인리스강(S)은 낮은 열전도도와 함께, 내식성이 뛰어나고 강도는 알루미늄에 비해 훨씬 높다. 이에 따라, 제2 부재(22)는 낮은 열전도도로 인해 외부에 또는 외부로부터 전달되는 열이나 냉기를 차단하면서 냉각수에 대한 내식성을 가질 수 있다.
또한, 스테인리스강(S)으로 된 제2 부재(22)를 포함한 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각플레이트(2)는, 상판과 하판 모두에 알루미늄을 적용한 종래의 냉각플레이트에 비해 구조 강성을 더욱 높일 수 있다. 이에 따라, 제2 부재가 배터리셀들의 아래에 배치되면, 배터리셀들의 무게를 구조적으로 강건하게 지지할 수 있다.
예를 들어 전기자동차의 경우에, 차체 진동이 배터리팩에 전달되면 무거운 배터리셀들을 아래에서 지지하는 냉각플레이트(2)가 휘어짐으로써 냉각 효율이 떨어질 수 있다. 강도가 높은 스테인리스강(S)이 냉각플레이트에 적용되면, 구조 강성은 높아지면서 진동에 의한 냉각플레이트의 변형을 저지할 수 있다.
혹은, 운행 중에 이물질이 차체 하부를 타격할 수 있는데, 이러한 경우에 배터리팩의 케이스(1)가 파손되면서 냉각플레이트(2)까지 영향을 미칠 수 있다. 스테인리스강은 알루미늄에 비해 내충돌 성능이 우수하므로, 고강도의 스테인리스강(S)으로 된 제2 부재(22)를 포함한 냉각플레이트는, 하부의 이물질 타격시 배터리셀로 전달되는 충격에너지를 차단하고 냉각플레이트의 파손을 방지할 수 있다.
또, 차체의 측면 충돌시에도 냉각플레이트(2)에 고강도의 스테인리스강(S)이 적용되기 때문에, 측면 충돌에 의한 냉각플레이트의 파손도 방지할 수 있다.
제2 부재(22)는, 스테인리스강(S)으로 된 판재를 예컨대 스탬핑(Stamping) 가공하여 오목부(25)가 형성되고, 오목부 외 부분을 롤 포밍(Roll forming) 또는 굽힘(Bending) 가공하여 여러 번 절곡함으로써 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로 형성될 수 있다. 하지만, 제2 부재의 제조 방법은 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1 부재(21)와 제2 부재(22)는 예컨대 브레이징 등과 같은 접합에 의해 결합될 수 있으며, 이에 따라 결합 강성을 높이는 동시에 냉각수가 외부로 누수되지 않도록 완벽하게 밀봉할 수 있다.
제1 부재(21)와 제2 부재(22)의 결합에 따라 완성된 냉각플레이트(2)는 케이스 본체(10)의 바닥판(11) 상에 놓일 수 있으며, 이때 제2 부재가 바닥판에 고정되게 예컨대 볼팅 등으로 장착될 수 있다. 따라서, 냉각플레이트(2)는 케이스(1) 내에 수용된 복수의 배터리셀을 안정되게 지지하면서 이들 배터리셀과 접촉하여 냉각할 수 있게 된다.
또한, 냉각플레이트(2)는, 그 일측이 냉각수를 공급하는 제1 연결관(3)에 연결되고, 타측은 냉각수를 회수하여 배출하는 제2 연결관(4)에 연결될 수 있다.
이로써, 제1 부재(21)와 제2 부재(22)의 오목부(25) 사이에 형성된 냉각수 유로(20)의 일단은 제1 연결관(3)에 연통되게 연결되어 제1 연결관으로부터 차가운 냉각수가 공급된다. 냉각수 유로(20)의 타단은 제2 연결관(4)에 연통되게 연결되어, 배터리셀로부터 열을 전달받고 승온된 냉각수를 제2 연결관으로 배출한다.
이상과 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트에 의하면, 기능에 맞게 제1 부재와 제2 부재의 재질을 서로 상이하게 적용하고, 예를 들어 알루미늄으로 된 제1 부재와 스테인리스강으로 된 제2 부재로 구성되어 스테인리스강의 기계적 물성을 활용함으로써, 냉각플레이트는 기존과 동등 수준의 냉각 성능을 만족하면서 동시에 구조 강성과 단열 성능을 증가시키고, 알루미늄만으로 구성된 냉각시스템보다 비용을 절감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트(2')는 제1 부재(21)와 제2 부재(22')를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트(2')는, 제2 부재(22')의 재질만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 본 발명의 제1 실시예에서 설명된 것과 동일하게 구성되어 사용될 수 있으므로, 나머지 구성요소들의 구성 및 작용의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 부재(22')는 내부에 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로서, 제1 부재(21)와 접하는 표면에 오목부(25)가 형성되어 제1 부재와 결합함으로써 제1 부재와 오목부 사이의 공간 내로 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(20)를 구성할 수 있다.
제2 부재(22')는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부의 중공부(24)에는 공기 또는 아르곤 가스 등과 같은 단열 가스가 수용될 수 있다.
제2 부재(22')가 중공부(24)를 갖추고 중공부 내에 단열 가스가 채워짐으로써, 외부의 열 또는 냉기를 차단하는 단열 효과가 발휘될 수 있다.
또한, 중공부(24)를 갖춘 제2 부재(22')는, 예를 들어 전기자동차의 경우에, 차체의 하부로부터 외부의 충격이 가해져도 충격에너지를 흡수할 수 있는 완충 공간을 확보할 수 있다. 즉, 중공부가 완충부의 역할을 수행할 수 있다.
더욱이, 제2 부재(22')는 단열 성능에 유리한 재질이 채택되어 형성될 수 있는데, 예를 들면 알루미늄, 강재 등에 비해 열전도도가 낮은 알루미늄-스테인리스강을 포함한 클래드 소재(C)가 채용될 수 있다.
예를 들어, 제2 부재(22')는 약 0.5 ~ 1.0mm의 두께를 가진 6000계열 알루미늄과, 약 0.5 ~ 1.0mm의 두께를 가진 200계, 300계, 400계 스테인리스강이 조합된 클래드 소재(C)로 만들어질 수 있다.
제2 부재(22')에서, 추가적인 냉각 성능과 내식성이 필요한 경우에 냉각수와 닿는 부분과 외부로 노출되는 부분은 클래드 소재(C)의 알루미늄(A)을 배치하고, 단열 성능이 요구되는 부분에는 클래드 소재의 스테인리스강(S)이 배치될 수 있다.
이에 따라, 제2 부재(22')는 낮은 열전도도로 인해 외부에 또는 외부로부터 전달되는 열이나 냉기를 차단하면서 냉각수에 대한 내식성이 강화될 수 있다.
또한, 알루미늄-스테인리스강의 클래드 소재(C)로 된 제2 부재(22')를 포함한 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각플레이트(2')는, 상판과 하판 모두에 알루미늄을 적용한 종래의 냉각플레이트에 비해 구조 강성을 더욱 높일 수 있다. 이에 따라, 제2 부재가 배터리셀들의 아래에 배치되면, 배터리셀들의 무게를 구조적으로 강건하게 지지할 수 있다.
강도가 높은 스테인리스강(S)을 포함한 알루미늄-스테인리스강의 클래드 소재(C)가 냉각플레이트에 적용되면, 냉각플레이트(2')의 구조 강성은 높아지면서 진동에 의한 냉각플레이트의 변형을 저지할 수 있고, 하부의 이물질 타격시 배터리셀로 전달되는 충격에너지를 차단할 수 있다.
제2 부재(22')는, 알루미늄-스테인리스강의 클래드 소재(C)로 된 판재를 예컨대 스탬핑 가공하여 오목부(25)가 형성되고, 오목부 외 부분을 롤 포밍 또는 굽힘 가공하여 여러 번 절곡함으로써 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로 형성될 수 있다. 하지만, 제2 부재의 제조 방법은 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1 부재(21)와 제2 부재(22')는 예컨대 브레이징 등과 같은 접합에 의해 결합될 수 있으며, 이에 따라 결합 강성을 높이는 동시에 냉각수가 외부로 누수되지 않도록 완벽하게 밀봉할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트에 의하면, 기능에 맞게 제1 부재와 제2 부재의 재질을 서로 상이하게 적용하고, 예를 들어 알루미늄으로 된 제1 부재와 알루미늄-스테인리스강의 클래드 소재로 된 제2 부재로 구성되어, 클래드 소재의 기계적 물성을 활용함으로써, 냉각플레이트는 기존과 동등 수준의 냉각 성능을 만족하면서 동시에 구조 강성과 단열 성능을 증가시키고, 알루미늄만으로 구성된 냉각시스템보다 비용을 절감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트를 도시한 단면도 및 부분 확대도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트(2")는 제1 부재(21)와 제2 부재(22")를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트(2")는, 제2 부재(22")의 재질만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에서 설명된 것과 동일하게 구성되어 사용될 수 있으므로, 나머지 구성요소들의 구성 및 작용의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 부재(22")는 내부에 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로서, 제1 부재(21)와 접하는 표면에 오목부(25)가 형성되어 제1 부재와 결합함으로써 제1 부재와 오목부 사이의 공간 내로 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(20)를 구성할 수 있다.
제2 부재(22")는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부의 중공부(24)에는 공기 또는 아르곤 가스 등과 같은 단열 가스가 수용될 수 있다.
제2 부재(22")가 중공부(24)를 갖추고 중공부 내에 단열 가스가 채워짐으로써, 외부의 열 또는 냉기를 차단하는 단열 효과가 발휘될 수 있다.
또한, 중공부(24)를 갖춘 제2 부재(22")는, 예를 들어 전기자동차의 경우에, 차체의 하부로부터 외부의 충격이 가해져도 충격에너지를 흡수할 수 있는 완충 공간을 확보할 수 있다. 즉, 중공부가 완충부의 역할을 수행할 수 있다.
더욱이, 제2 부재(22")는 단열 성능에 유리한 재질이 채택되어 형성될 수 있는데, 예를 들면 알루미늄, 강재 등에 비해 열전도도가 낮은 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강을 포함한 샌드위치 소재(W)가 채용될 수 있다.
예를 들어, 제2 부재(22")는 각각으로 약 0.1 ~ 0.4mm의 두께를 가진 200계, 300계, 400계 스테인리스강들 사이에, 약 0.3 ~ 1.0mm의 두께를 가진 폴리프로필렌, 폴리아미드 등의 플라스틱이 조합된 샌드위치 소재(W)로 만들어질 수 있다.
제2 부재(22")는, 추가적인 단열 성능과 경량화가 필요한 경우에 스테인리스강(S)으로 된 한 쌍의 판재 사이에 플라스틱(P)으로 된 코어가 삽입된 3중 구조의 샌드위치 소재(W)로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제2 부재(22")는, 코어용으로 삽입된 플라스틱(P)의 열전도도가 알루미늄, 강재 등은 물론, 스테인리스강(S)보다 낮아 단열 성능이 극대화될 수 있고, 이로 인해 외부에 또는 외부로부터 전달되는 열이나 냉기를 차단하면서 냉각수에 대한 내식성도 강화될 수 있다.
또한, 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강의 샌드위치 소재(W)로 된 제2 부재(22")를 포함한 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각플레이트(2")는, 상판과 하판 모두에 알루미늄을 적용한 종래의 냉각플레이트에 비해 구조 강성을 더욱 높일 수 있다.
또, 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강의 샌드위치 소재(W)로 된 제2 부재(22")를 포함한 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각플레이트(2")는, 두께를 두껍게 하여 강성을 높여도 낮은 밀도 때문에, 상판과 하판 모두에 알루미늄을 적용한 종래의 냉각플레이트에 비해 경량화시킬 수 있다.
이에 따라, 제2 부재(22")가 배터리셀들의 아래에 배치되면, 냉각플레이트의 중량을 많이 증가시키지 않고서도 배터리셀들의 무게를 구조적으로 강건하게 지지할 수 있다.
강도가 높은 스테인리스강(S)을 포함한 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강의 샌드위치 소재(W)가 냉각플레이트에 적용되면, 냉각플레이트(2")의 구조 강성은 높아지면서 진동에 의한 냉각플레이트의 변형을 저지할 수 있고, 하부의 이물질 타격시 배터리셀로 전달되는 충격에너지를 차단할 수 있다.
제2 부재(22")는, 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강의 샌드위치 소재(W)로 된 판재를 예컨대 스탬핑 가공하여 오목부(25)가 형성되고, 오목부 외 부분을 롤 포밍 또는 굽힘 가공하여 여러 번 절곡함으로써 중공부(24)를 갖춘 챔버 부재로 형성될 수 있다. 하지만, 제2 부재의 제조 방법은 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1 부재(21)와 제2 부재(22")는 예컨대 브레이징 등과 같은 접합에 의해 결합될 수 있으며, 이에 따라 결합 강성을 높이는 동시에 냉각수가 외부로 누수되지 않도록 완벽하게 밀봉할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리팩의 냉각플레이트는, 기능에 맞게 제1 부재와 제2 부재의 재질을 서로 상이하게 적용하고, 예를 들어 알루미늄으로 된 제1 부재와 스테인리스강-플라스틱-스테인리스강의 샌드위치 소재로 된 제2 부재로 구성되어, 샌드위치 소재의 기계적 물성을 활용함으로써, 기존과 동등 수준의 냉각 성능을 만족하면서 동시에 구조 강성과 단열 성능을 증가시키고, 알루미늄만으로 구성된 냉각시스템보다 비용을 절감하고 경량화시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
예를 들면, 도면들에서는 제1 부재와 제2 부재가 배터리팩의 높이방향을 따라 상하로 적층되게 배치되는 것으로 도해하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 제1 및 제2 부재는 좌우로 중첩되어 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 케이스 2, 2', 2": 냉각플레이트
3: 제1 연결관 4: 제2 연결관
10: 케이스 본체 11: 바닥판
12: 측벽 13: 플랜지부
20: 냉각수 유로 21: 제1 부재
22, 22', 22": 제2 부재 23: 핀부재
24: 중공부 25: 오목부
A: 알루미늄 C: 클래드 소재
P: 플라스틱 S: 스테인리스강
W: 샌드위치 소재

Claims (10)

  1. 판 형상의 제1 부재; 및
    상기 제1 부재에 접하도록 배치되고, 상기 제1 부재와 접하는 표면에 오목부가 형성되어 냉각수 유로를 구성하며, 내부에 중공부를 갖춘 제2 부재
    를 포함하고,
    상기 제2 부재는 상기 제1 부재보다 열전도도가 낮으면서 고강도인 재질을 포함하는 배터리팩의 냉각플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재의 중공부에는 단열 가스가 수용된 배터리팩의 냉각플레이트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 부재는 스테인리스강을 포함한 재질로 형성된 배터리팩의 냉각플레이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 부재는 알루미늄-스테인리스강을 포함한 클래드 소재로 형성된 배터리팩의 냉각플레이트.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 부재는 스테인리스강으로 된 한 쌍의 판재 사이에 플라스틱으로 된 코어가 삽입된 샌드위치 소재로 형성된 배터리팩의 냉각플레이트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재는 알루미늄을 포함한 재질로 형성된 배터리팩의 냉각플레이트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 부재는, 상기 제2 부재의 오목부에 대응되게 배치되고 상기 오목부를 향하여 형성된 복수의 핀(Fin)부재를 포함하는 배터리팩의 냉각플레이트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 접합에 의해 결합된 배터리팩의 냉각플레이트.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 오목부 사이에 형성된 상기 냉각수 유로의 일단은 냉각수를 공급하는 제1 연결관에 연통되고, 상기 냉각수 유로의 타단은 냉각수를 배출하는 제2 연결관에 연통된 배터리팩의 냉각플레이트.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 냉각플레이트는 복수의 배터리셀과 케이스 본체 사이에 배치되고,
    상기 제1 부재는 상기 복수의 배터리셀과 접촉하는 배터리팩의 냉각플레이트.
KR1020200123824A 2020-09-24 2020-09-24 배터리팩의 냉각플레이트 KR102462632B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200123824A KR102462632B1 (ko) 2020-09-24 2020-09-24 배터리팩의 냉각플레이트

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200123824A KR102462632B1 (ko) 2020-09-24 2020-09-24 배터리팩의 냉각플레이트

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220040751A true KR20220040751A (ko) 2022-03-31
KR102462632B1 KR102462632B1 (ko) 2022-11-03

Family

ID=80935111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200123824A KR102462632B1 (ko) 2020-09-24 2020-09-24 배터리팩의 냉각플레이트

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102462632B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102507984B1 (ko) * 2022-04-27 2023-03-14 한국자동차연구원 전기자동차용 배터리 열관리 플랫폼 장치
WO2023247745A1 (fr) * 2022-06-24 2023-12-28 Valeo Systemes Thermiques Plaque d'échange thermique pour pack batteries à plaque structurelle
WO2024058598A1 (ko) * 2022-09-16 2024-03-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100438497B1 (ko) * 2000-12-19 2004-07-03 송명석 방열기
KR20160149604A (ko) * 2015-06-18 2016-12-28 주식회사 엘지화학 경량화를 위한 냉각 플레이트, 이를 포함하는 전지모듈 및 제조방법
KR20180124403A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 전남대학교산학협력단 이종재질로 이루어진 배터리 히트싱크

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100438497B1 (ko) * 2000-12-19 2004-07-03 송명석 방열기
KR20160149604A (ko) * 2015-06-18 2016-12-28 주식회사 엘지화학 경량화를 위한 냉각 플레이트, 이를 포함하는 전지모듈 및 제조방법
KR20180124403A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 전남대학교산학협력단 이종재질로 이루어진 배터리 히트싱크

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102507984B1 (ko) * 2022-04-27 2023-03-14 한국자동차연구원 전기자동차용 배터리 열관리 플랫폼 장치
WO2023247745A1 (fr) * 2022-06-24 2023-12-28 Valeo Systemes Thermiques Plaque d'échange thermique pour pack batteries à plaque structurelle
FR3137168A1 (fr) * 2022-06-24 2023-12-29 Valeo Systemes Thermiques Plaque d’échange thermique pour pack batteries à plaque structurelle
WO2024058598A1 (ko) * 2022-09-16 2024-03-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
KR102462632B1 (ko) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102462632B1 (ko) 배터리팩의 냉각플레이트
KR101589996B1 (ko) 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
US8409743B2 (en) Battery system with battery cells arranged in array alignment
KR101206272B1 (ko) 전기 차량용 전지셀의 히트 싱크 및 그를 이용한 전지셀 모듈
KR101431717B1 (ko) 신규한 구조의 버스 바
JP5307250B2 (ja) 冷却手段を有するバッテリーモジュール、及びそれを含む（中型または大型）バッテリーパック
KR20180038310A (ko) 히트 싱크가 일체형으로 결합된 모듈 케이스를 포함하는 전지모듈
CN209766605U (zh) 动力电池包和车辆
KR101545166B1 (ko) 전지셀 냉각 부재
CN212461878U (zh) 一种防止热失控蔓延电池模组结构
CN213026305U (zh) 动力电池包和车辆
KR20220163923A (ko) 배터리 모듈 어셈블리, 배터리 팩, 및 배터리를 전원으로 사용하는 장치
JP7442920B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
CN112117400A (zh) 动力电池包和车辆
CN110571494A (zh) 车辆用电池的冷却构造
CN210040347U (zh) 电池模组及动力电池
KR20210152238A (ko) 배터리 모듈이 다단으로 적층된 전지 팩
CN216698599U (zh) 箱体、电池以及用电装置
WO2021249272A1 (zh) 一种电池包及电动车
CN115117510A (zh) 一种电池包及包括其的电动装置
JP7387204B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
CN216085049U (zh) 电池单体和电池包
CN219350576U (zh) 电池包及电动车辆
CN218919158U (zh) 电池包的箱体、电池包、车辆
CN219498023U (zh) 电池包和车辆

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant