KR20220043377A - 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 자동차에 탑재되는 배터리 모듈에서 냉각성능을 향상시켜 배터리 셀의 열화를 방지토록 한 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징은, 상부 하우징(11)과, 상기 상부 하우징(11)의 하단에 체결되는 하부 하우징(12)으로 구성되고, 상기 상부 하우징(11)가 상기 하부 하우징(12)에 의해 형성된 공간에 복수의 배터리셀(13)을 수용하며, 저면에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트(21)와 접촉하고 있는 배터리 모듈의 하우징에 있어서, 상기 배터리셀(13)과 상기 하부 하우징(12) 사이에 갭필러(14)가 채워지고, 상기 하부 하우징(12)에 복수의 관통공(17a)(18a)이 형성되어 다공(多孔)구조를 갖는 다공부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈{BATTERY MODULE HOUSING WITH IMPROVED COOLING PERFORMANCE AND BATTERY MODULE HAVING THE HOUSING}
본 발명은 친환경 자동차에 탑재되는 배터리 모듈에서 냉각성능을 향상시켜 배터리 셀의 열화를 방지토록 한 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기자동차, 하이브리드 자동차 등과 같은 친환경 자동차에서 구동모터에 전력을 공급하기 위해 배터리 모듈이 장착된다.
이러한 배터리 모듈의 구조를 살펴보면, 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)으로 형성되는 공간의 내부에 복수의 배터리셀(113)이 탑재된다.
상기 배터리셀(113)은 충전과 방전이 반복됨에 따라, 상기 배터리셀(113)의 열화에 의한 스웰링이 발생하고, 이때, 셀 열화의 가속을 방지하기 위하여, 상기 상부 하우징(111)과 상기 하부 하우징(112)을 스틸과 같은 강성체로 제작된다.
또한, 상기 배터리셀(113)의 열화가 지연되도록 상기 배터리셀(113)을 냉각하기 위한 구성이 구비된다. 예컨대, 상기 배터리셀(113)의 하단과 상기 하부 하우징(112) 사이에 열전도열전도성 접착제인 갭필러(114)를 도포하여, 상기 배터리셀(113)의 하단과 상기 하부 하우징(112) 사이의 갭을 메우고 열전도율을 향상시킨다. 상기 하부 하우징(112)의 저면에는 내부에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트(121)를 설치함으로써, 상기 배터리셀(113)에서 발생한 열은 상기 갭필러(114), 상기 하부 하우징(112)을 통하여 상기 냉각플레이트(121)로 전달되도록 하여, 냉각시킨다.
한편, 상기 하부 하우징(112)과 상기 냉각플레이트(121) 사이에 열전도성 실리콘패드(122)가 구비될 수도 있다(도 2 참조).
하지만, 상기와 같은 구조에서는 상기 배터리셀(113)의 하단과 상기 냉각플레이트(121) 사이에 복수의 계면이 존재함으로써, 상기 계면에서 열전달 성능이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-2018-0085534 A (2018.07.27, 명칭 : 배터리 및 연료전지스택용 열교환기)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 배터리셀과 냉각플레이트 사이에 계면이 존재하지 않도록 하여, 상기 배터리 셀의 냉각성능이 향상되도록 한 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징은, 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 하단에 체결되는 하부 하우징으로 구성되고, 상기 상부 하우징이 상기 하부 하우징에 의해 형성된 공간에 복수의 배터리셀을 수용하며, 저면에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트와 접촉하고 있는 배터리 모듈의 하우징에 있어서, 상기 배터리셀과 상기 하부 하우징 사이에 갭필러가 채워지고, 상기 하부 하우징에 복수의 관통공이 형성되어 다공(多孔)구조를 갖는 다공부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 하우징은 스틸(steel)을 재질로 하여 형성되고, 상기 하부 하우징에 상기 다공부재의 둘레가 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 다공부재는, 합성수지를 사출하여 형성된 사출플레이트인 것을 특징으로 한다.
상기 사출플레이트는 간격을 두고 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다공부재는, 정해진 두께로 형성되는 필름인 것을 특징으로 한다.
상기 필름은 간격을 두고 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다공부재는 상기 하부 하우징의 일부 면적에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 다공부재는 상기 하부 하우징의 전체 면적에 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징을 구비한 배터리 모듈은, 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 하단에 체결되는 상기 하부 하우징과, 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 사이에 형성된 공간에 수용되는 복수의 배터리셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈에 따르면, 배터리 셀의 하단과 직접 접촉하고 있는 갭필러가 다공구조를 통하여 냉각플레이트로 직접 열전달을 하거나, 상기 갭필러가 하부 하우징을 통하여 열전달함으로써, 열전달 성능이 향상된다.
이와 같이, 열전달 성능이 향상됨으로써, 상기 배터리 셀의 열화가 지연됨으로써, 배터리 모듈의 성능과 수명이 향상된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 모듈의 단면도.
도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 배터리 모듈의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징이 적용된 배터리 모듈의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징이 적용된 배터리 모듈의 저면 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징이 적용된 배터리 모듈의 저면 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징, 그리고 이를 구비한 배터리 모듈에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징은, 상부 하우징(11)과, 상기 상부 하우징(11)의 하단에 체결되는 하부 하우징(12)으로 구성되고, 상기 상부 하우징(11)가 상기 하부 하우징(12)에 의해 형성된 공간에 복수의 배터리셀(13)을 수용하며, 저면에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트(21)와 접촉하고 있는 배터리 모듈의 하우징에서, 상기 배터리셀(13)과 상기 하부 하우징(12) 사이에 갭필러(14)가 채워지고, 상기 하부 하우징(12)에 복수의 관통공(17a)(18a)이 형성되어 다공(多孔)구조를 갖는 다공부재가 구비된다.
상부 하우징(11)은 배터리 모듈(10)의 상부를 덮는다. 상기 상부 하우징(11)의 스틸(steel)가 같이, 강성을 발휘할 수 있는 재질로 형성된다.
하부 하우징(12)은 상기 상부 하우징(11)의 하부에 체결된다. 상기 하부 하우징(12)도 상기 상부 하우징(11)과 마찬가지로 강성을 발휘할 수 있도록 스틸과 같은 재질로 형성된다.
상기 상부 하우징(11)과 상기 하부 하우징(12)을 서로 체결되어, 내부에 공간을 형성한다.
배터리셀(13)은 복수로 구비되어, 상기 상부 하우징(11)과 상기 하부 하우징(12) 사이에 탑재된다. 상기 배터리셀(13)은 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 배터리셀(13)은 상기 상부 하우징(11) 또는 상기 하부 하우징(12)의 일측에 설치되는 버스바 어셈블리(미도시)에 전기적으로 연결된다.
상기 배터리셀(13)과 상기 하부 하우징(12) 사이에는 열전도성 접착제인 갭필러(14)가 도포된다. 상기 갭필러(14)는 실리콘 또는 우레탄을 베이스로 하고 열전도성이 좋기 때문에, 상기 배터리셀(13)의 열을 빠르게 발산할 수 있도록 한다.
상기 하부 하우징(12)의 저면에는 내부에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트(21)가 설치된다. 상기 냉각플레이트(21)가 상기 배터리셀(13)의 열을 흡수함으로써, 상기 배터리셀(13)들이 냉각된다.
한편, 본 발명에서는 상기 하부 하우징(12)에 일정 면적으로 상기 하부 하우징(12)을 관통하도록 체결공이 형성되고, 상기 체결공에 다공(多孔)부재가 장착된다.
상기 다공부재는 둘레가 상기 체결공의 둘레에 고정되어, 상기 다공부재가 상기 하부 하우징(12)에 고정된다.
상기 다공부재에는 복수의 관통공(17a)(18a)이 형성되어, 상기 관통공(17a)(18a)이 형성된 부위에서는 상기 갭필러(14)가 상기 냉각플레이트(21)와 직접 열전달하고, 나머지 부위에서는 상기 갭필러(14)가 상기 다공부재를 통하여 상기 냉각플레이트(21)로 열전달한다.
상기 다공부재는 상기 하부 하우징(12)의 일부 또는 전체에 적용되어 열전달을 촉진시킨다. 예컨대, 도 3에는 상기 하부 하우징(12)의 일부(A로 도시된 영역)에 다공부재가 적용된 구성이 도시되어 있다. 한편, 도 4와 도 5에는 상기 하부 하우징(12)의 강성유지를 위한 최소한의 영역을 제외한 전제 부분에 다공부재가 적용된 구성이 도시되어 있다.
상기 다공부재는 사출플레이트(17)가 될 수 있다. 사출플레이트(17)는 사출에 의해 형성되면서, 내부에 상기 사출플레이트(17)를 관통하는 복수의 관통공(17a)이 형성된다. 상기 관통공(17a)는 상기 사출플레이트(17)의 전체면적에 대하여 형성된다.
상기 사출플레이트(17)는 그 둘레가 상기 체결공의 둘레에 체결되어, 상기 사출플레이트(17)가 상기 하부 하우징(12)에 고정된다.
상기 사출플레이트(17)에서 관통공(17a)을 통하여 상기 갭필러(14)가 상기 냉각플레이트(21)로 열전달하고, 상기 관통공(17a)이 형성되지 않은 부위에서는 상기 사출플레이트(17)를 통하여 상기 갭필러(14)로부터 상기 사출플레이트(17)를 거쳐 상기 배터리셀(13)의 열을 상기 냉각플레이트(21)로 전달한다.
이때, 상기 관통공(17a)에서는 상기 사출플레이트(17)을 통하여 상기 냉각플레이트(21)로 열전달한다.
또한 상기 다공부재는 필름(18)이 될 수도 있다(도 5 참조). 상기 필름(18)은 상기 사출플레이트(17) 보다 얇게 형성됨으로써, 상기 갭필러(14)와 상기 냉각플레이트(21) 사이에서 열전달 거리를 줄이도록 한다.
상기 필름(18)도 둘레가 상기 하부 하우징(12)의 체결공에 고정됨으로써, 상기 필름)을 상기 하부 하우징(12)에 고정됨으로써, 상기 하부 하우징(12)에 상기 필름(18)의 장착이 완료된다.
상기 필름(18)에도 복수의 관통공(18a)이 상기 관통공(18a)을 통하여, 상기 배터리셀(13)부터 상기 갭필러(14)를 통하여 상기 냉각플레이트(21)로 직접 열전달을 할 수 있다.
한편, 상기 필름(18)에서 나머지 부위, 즉 상기 관통공(18a)이 형성되지 않은 부위에서는 상기 갭필러(14)로부터 상기 필름(18)을 거쳐 상기 냉각플레이트(21)로 열전달된다.
10 : 배터리 모듈 11 : 상부 하우징
12 : 하부 하우징 13 : 배터리셀
14 : 갭필러 17 : 사출플레이트
17a : 관통공 18 : 필름
18a : 관통공 21 : 냉각플레이트
110 : 배터리 모듈 111 : 상부 하우징
112 : 하부 하우징 113 : 배터리셀
114 : 갭필러 121 : 냉각플레이트
122 : 실리콘패드

Claims (9)

  1. 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 하단에 체결되는 하부 하우징으로 구성되고, 상기 상부 하우징가 상기 하부 하우징에 의해 형성된 공간에 복수의 배터리셀을 수용하며, 저면에 냉각유체가 유동하는 냉각플레이트와 접촉하고 있는 배터리 모듈의 하우징에 있어서,
    상기 배터리셀과 상기 하부 하우징 사이에 갭필러가 채워지고,
    상기 하부 하우징에 복수의 관통공이 형성되어 다공(多孔)구조를 갖는 다공부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 하우징은 스틸(steel)을 재질로 하여 형성되고,
    상기 하부 하우징에 상기 다공부재의 둘레가 고정되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다공부재는,
    합성수지를 사출하여 형성된 사출플레이트인 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사출플레이트는 간격을 두고 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 다공부재는,
    정해진 두께로 형성되는 필름인 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필름은 간격을 두고 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공부재는 상기 하부 하우징의 일부 면적에 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다공부재는 상기 하부 하우징의 전체 면적에 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징.
  9. 상부 하우징과,
    상기 상부 하우징의 하단에 체결되는 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 하부 하우징과,
    상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 사이에 형성된 공간에 수용되는 복수의 배터리셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 배터리 모듈의 하우징을 구비한 배터리 모듈.



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