KR20220127627A - 열방출이 가능한 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 조립중 용접시 발생하는 열을 외부로 방출되도록 하여 배터리셀을 용접열에 의한 열해를 방지한 열방출이 가능한 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈은,
배터리셀(11)과,
상기 배터리셀(11)을 수용하는 커버부재(12)(13)와,
상기 커버부재(12)(13) 및 상기 배터리셀(11)의 사이에는 상기 배터리셀(11) 및 상기 커버부재(12)(13)로부터의 열을 차단하기 위한 공기층홈(14a)이 형성 (14a)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

열방출이 가능한 배터리 모듈{BATTERY MODULE CAPABLE OF DISSIPATING HEAT}
본 발명은 배터리 모듈의 조립중 용접시 발생하는 열을 외부로 방출되도록 하여 배터리셀을 용접열에 의한 열해를 방지한 열방출이 가능한 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기자동차 등의 에너지원으로 사용되는 배터리 모듈은 내부에 복수의 배터리셀을 배치하고, 그 외부에 커버를 씌우는 형태를 갖는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(110)의 외형을 형성하는 커버는 그 내부에 배터리셀(111)을 삽입할 수 있도록 프런트커버(112)와 사이드커버(113)로 이루어지고, 상기 배터리셀(111)을 삽입한 후, 상기 프런트커버(112)와 상기 사이드커버(113)가 서로 겹치는 부위를 용접하여, 밀폐된 구조를 갖도록 형성된다.
상기 프런트커버(112)와 상기 사이드커버(113)를 용접하는 과정중 발생하는 열(이하 '용접열'이라함)이 상기 배터리셀(111)로 전달되면(도 1의 실선 화살표 참조), 상기 배터리셀(111)이 손상될 수 있다.
이를 방지하고자, 상기 프런트커버(112)와 상기 사이드커버(113)가 용접되는 부위와 상기 배터리셀(111) 사이에 열차단부(114)를 구비하여, 이를 방지하고 있다. 상기 열차단부(114)는 내열성 수지, 단열재, 시트를 부착시키거나, 코팅에 의해 상기 용접열이 상기 배터리셀(111)로 전달되는 것을 차단하고 있다.
하지만, 상기 열차단부(114)를 구비하더라도, 상기 용접열이 전도에 의해 전달되는 것은 충분히 차단하지 못하므로, 상기 배터리셀(111)이 용접열에 의해 손상되는 것을 피할 수 없었다.
KR 10-2019-0020786 A (2019.03.04, 명칭 : 자동차 트레이 부품, 자동차　배터리　패키지 및 자동차)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 프런트커버와 사이드커버가 용접되는 부위와 배터리셀 사이에 구비되는 열차단부에 용접열이 외부로 방출되는 통로를 형성한 열방출이 가능한 배터리 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈은, 배터리셀과, 상기 배터리셀을 수용하는 커버부재와, 상기 커버부재 및 상기 배터리셀의 사이에는 상기 배터리셀 및 상기 커버부재로부터의 열을 차단하기 위한 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 커버부재 및 상기 배터리셀의 사이에 열을 차단하는 열차단부가 형성되고, 상기 공기층홈은 상기 열차단부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈의 둘레는 상기 커버부재가 서로 용접된 용접부와 미리 정해진 간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈은, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 일정 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 커버부재는 서로 중첩되고, 중첩된 부위에서 용접되어 용접부를 형성하고, 상기 열차단부에서 상기 용접부와 최단거리에 상기 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈의 내부와 상기 열차단부의 외부가 서로 통하도록 상기 열차단부의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되면서 외부와 상기 공기층홈을 연통시키는 방열통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로의 저면과 상기 공기층홈의 저면은 같은 높이로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로는 상기 커버부재가 서로 용접된 용접부를 최단거리로 상기 열차단부의 외부와 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로는 상기 공기층홈과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로의 단면적은 상기 공기층홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로는, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 커버부재는, 상기 배터리셀이 전면을 커버하는 프런트커버와, 상기 배터리셀의 측면을 커버하는 사이드커버인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈은, 복수의 커버부재가 용접으로 접합되고, 그 내부에 배터리셀이 수용되는 배터리 모듈에 있어서, 복수의 상기 커버부재가 용접된 용접부와 상기 배터리셀 사이에 상기 용접부로부터 상기 배터리셀로 전도(傳導)에 의한 열전달을 차단하는 공기층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 커버부재 중 어느 하나와 상기 배터리셀 사이에 열차단부가 구비되고, 상기 공기층은 열차단부의 표면에 정해진 깊이로 형성되는 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열차단부에서 상기 커버부재 중 어느 하나와 접하는 표면에 상기 용접부를 포함하는 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈의 둘레는 상기 용접부와 미리 정해진 간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈은, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기층홈의 내부와 상기 열차단부의 외부가 서로 통하도록 상기 열차단부의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되면서 외부와 상기 공기층홈을 연통시키는 방열통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로는 상기 공기층홈과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로는, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열통로의 단면적은 상기 공기층홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 커버부재는, 상기 배터리셀이 전면을 커버하는 프런트커버와, 상기 배터리셀의 측면을 커버하는 사이드커버인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열방출이 가능한 배터리 모듈에 따르면, 열차단부에 의해 용접열이 대류에 의해 배터리셀로 전달되는 것을 차단할 뿐만 아니라, 상기 열차단부에 형성된 열방출통로를 통하여 프런트커버 또는 사이드커버가 열차단부와 직접 접촉하는 것을 차단함으로써 전도에 의해 용접열이 배터리셀로 전달되는 것을 차단한다.
이와 같이, 프런트커버와 사이드커버를 용접하는 과정에서 발생하는 용접열이 대류뿐만 아니라, 전도에 의해 전달되는 것을 차단할 수 있으므로, 배터리셀이 용접열에 의해 손상되는 문제는 해결할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 모듈을 도시한 부분 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈을 도시한 부분 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈에서 열이 방출되는 과정을 도시한 부분 확대 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈에서 열이 방출되는 과정을 도시한 부분 확대 평면도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 열방출이 가능한 배터리 모듈에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
배터리 모듈(10)은 복수의 커버부재(12)(13)의 내부에 배터리셀(11)이 수용되는 형태로 이루어진다. 상기 커버부재(12)(13)들은 서로 용접으로 접합되고, 용접시 발생하는 열이 상기 배터리셀(11)로 전달되는 것을 차단하기 위한 열차단부(14)가 상기 커버부재(12)(13)와 상기 배터리셀(11) 사이에 구비된다.
상기 커버부재(12)(13)는 서로 용접으로 접합될 수 있도록 스틸(steel), 알루미늄 등을 재질로 하는 금속을 재질로 한다.
상기 열차단부(14)는 합성수지, 합성고무 등을 사출하여 형성한다. 상기 열차단부(14)는 EP(ethylene　propylene) 등과 같은 내열성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 다만, PP(polypropylene) 등과 같은 비내열 재질로 이루어질 수도 있다. 아울러, 사출 소재가 아닌 패드형태 또는 필름형태로 제공될 수도 있다.
상기 커버부재(12)(13)들은 2개의 커버부재(12)(13)가 서로 중첩되거나 맞닿은 상태에서 용접에 의해 서로 접합되어, 상기 배터리 모듈(10)에서 상기 배터리셀(11)의 둘러싸는 커버를 이루는데, 이하에서는 상기 커버부재(12)(13)들의 일례로 상기 배터리셀(11)이 전면을 커버하는 프런트커버(12)와 상기 배터리셀(11)의 측면을 커버하는 사이드커버(13)를 들어 설명하기로 한다.
상기 프런트커버(12)와 상기 사이드커버(13)는 서로 중첩되고, 상기 중첩된 부위를 용접하여 상기 프런트커버(12)와 상기 사이드커버(13)를 서로 접합한다.
상기 프런트커버(12)와 상기 사이드커버(13) 중 어느 하나와 상기 배터리셀(11) 사이에 상기 프런트커버(12)와 상기 사이드커버(13)를 용접하는 동안 상기 용접으로 인한 열이 상기 배터리셀(11)로 전달되는 것을 차단하기 위한 열차단부(14)가 형성된다. 상기 열차단부(14)는 용접부(W)는 대류와 복사에 의해 용접시 상기 용접부(W)의 열이 상기 배터리셀(11)로 전달되는 것은 차단할 수 있다. 하지만, 상기 열차단부(14)가 일측면으로는 상기 배터리셀(11)과 접하고 있고, 또 다른 일측면으로는 상기 프런트커버(12) 또는 상기 사이드커버(13)와 접하고 있기 때문에, 전도(傳導)에 의해 상기 용접부(W)의 열이 상기 배터리셀(11)로 전달되는 것을 충분히 차단하지 못하였다. 이를 해소하고자, 본 발명에서는 상기 용접부(W)와 상기 배터리셀(11) 사이에 용접시 상기 용접부(W)로부터 상기 배터리셀(11)로 전도에 의한 열전달을 차단하기 위한 공기층이 형성되도록 한다.
상기 공기층은 상기 열차단부(14)에 상기 열차단부(14)의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되는 공기층홈(14a)에 의해 형성된다.
상기 공기층홈(14a)은 상기 열차단부(14)와 수직한 면으로 투영하였을 때, 상기 공기층홈(14a)가 상기 용접부(W)를 포함하도록 한다. 상기 프런트커버(12)와 상기 사이드커버(13)는 서로 중첩되고, 중첩된 부위에서 서로 용접되어 상기 용접부(W)를 형성하는데, 상기 열차단부(14)에서 상기 용접부(W)와 최단거리에 상기 공기층홈(14a)이 형성되도록 한다. 이를 배터리 모듈(10)의 단면에서 보면, 상기 용접부(W)의 직하방에 상기 공기층홈(14a)이 위치하게 된다.
또한, 상기 공기층홈(14a)을 상기 열차단부(14)에서 상기 프런트커버(12) 또는 상기 사이드커버(13)에 접하면 표면에 형성되도록 한다.
이에 따라, 상기 용접부(W)에서 발생한 용접열은 상기 공기층홈(14a) 내부의 공기에 의해 전도가 차단되고, 상기 열차단부(14)에 의해 대류와 복사가 차단되어, 상기 배터리셀(11)로 전달되지 못한다.
한편, 상기 열차단부(14)와 수직한 면으로 투영하였을 때, 상기 공기층홈(14a)의 둘레는 상기 용접부(W)와 미리 정해진 간격(G)으로 이격되게 형성되도록 한다. 상기 용접부(W)와 상기 공기층홈(14a) 사이에 간격이 형성되기 때문에, 상기 열차단부(14)와 수평한 방향으로 상기 용접부(W)의 용접열이 전도되는 것을 차단할 수 있다.
여기서, 상기 용접부(W)와 상기 공기층홈(14a)이 둘레 사이의 간격은 0.5mm 내지 5mm가 될 수 있고, 바람직하게는 1mm 이상이 되도록 한다.
아울러, 상기 공기층홈(14a)은 상기 열차단부(14)이 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 측면이 일정 각도로 경사지게 형성된다.
상기 공기층홈(14a)의 폭이 깊이가 깊어질수록 폭이 감소하고, 표면에서 최대가 되므로, 상기 용접부(W) 주위에 공간을 충분히 확보함으로써, 전도에 의한 열전달을 차단할 수 있다.
상기 공기층홈(14a)에 형성된 공기층은 용접시 가열되므로, 장시간 상기 공기층홈(14a)에 머무르게 되면, 상기 열차단부(14)를 통하여 상기 배터리셀(11)로 전달된다. 이에 따라, 상기 공기층홈(14a)의 내부와 외부를 연통시켜, 상기 공기층홈(14a) 내부의 열이 방출될 수 있는 구조가 필요하다.
이를 위하여, 상기 공기층홈(14a)의 내부와 상기 열차단부(14)의 외부가 서로 통하도록 상기 열차단부(14)에 외부와 상기 공기층홈(14a)을 연통시키는 방열통로(14b)가 형성된다.
상기 방열통로(14b)는 상기 열차단부(14)의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되면서, 상기 공기층홈(14a)과 외부를 최단거리로 연통하도록 형성되어, 상기 공기층홈(14a) 내부와 외부가 연통되도록 함으로써, 상기 공기층홈(14a)의 열이 방출될 수 있도록 한다. 상기 방열통로(14b)가 상기 공기층홈(14a)을 외부와 연통시키므로, 상기 용접부(W)에서 발생된 용접열은 도 2 내지 도 4에 실선 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 공기층홈(14a)으로부터 상기 방열통로(14b)를 거쳐 외부로 방열됨으로써, 상기 용접열이 상기 배터리셀(11)로 전달되지 않는다.
상기 방열통로(14b)는 상기 열차단부(14)에서 상기 공기층홈(14a)과 같은 쪽 표면에 형성된다. 상기 방열통로(14b)의 저면과 상기 공기층홈(14a)의 저면은 같은 높이로 형성되도록 한다.
아울러, 상기 방열통로(14b)도 상기 열차단부(14)의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 일정 각도 경사지게 형성된다.
그리고, 상기 방열통로(14b)의 폭은 상기 공기층홈(14a)의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 이는 상기 용접부(W)로 인접한 공기층홈(14a)에서는 공기의 온도가 높지만, 상기 방열통로(14b)로 갈수록 냉각도어 공기의 부피가 줄기 때문이다.
한편, 상기 방열통로(14b)가 상기 공기층홈(14a)과 연결되는 부위는 라운드형상으로 형성되도록 하여, 상기 공기층홈(14a)의 내부의 공기가 외부로 배출시 저항없이 외부로 유동할 수 있도록 한다.
10 : 배터리 모듈 11 : 배터리셀
12 : 프런트커버 13 : 사이드커버
14 : 열차단부 14a : 공기층홈
14b : 방열통로 110 : 배터리 모듈
111 : 배터리셀 112 : 프런트커버
113 : 사이드커버 114 : 열차단부
W : 용접부

Claims (22)

  1. 배터리셀과,
    상기 배터리셀을 수용하는 커버부재와,
    상기 커버부재 및 상기 배터리셀의 사이에는 상기 배터리셀 및 상기 커버부재로부터의 열을 차단하기 위한 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재 및 상기 배터리셀의 사이에 열을 차단하는 열차단부가 형성되고,
    상기 공기층홈은 상기 열차단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기층홈의 둘레는 상기 커버부재가 서로 용접된 용접부와 미리 정해진 간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기층홈은, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 일정 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 커버부재는 서로 중첩되고, 중첩된 부위에서 용접되어 용접부를 형성하고,
    상기 열차단부에서 상기 용접부와 최단거리에 상기 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 공기층홈의 내부와 상기 열차단부의 외부가 서로 통하도록 상기 열차단부의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되면서 외부와 상기 공기층홈을 연통시키는 방열통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방열통로의 저면과 상기 공기층홈의 저면은 같은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 방열통로는 상기 커버부재가 서로 용접된 용접부를 최단거리로 상기 열차단부의 외부와 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 방열통로는 상기 공기층홈과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 방열통로의 단면적은 상기 공기층홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 방열통로는, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재는,
    상기 배터리셀이 전면을 커버하는 프런트커버와,
    상기 배터리셀의 측면을 커버하는 사이드커버인 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  13. 복수의 커버부재가 용접으로 접합되고, 그 내부에 배터리셀이 수용되는 배터리 모듈에 있어서,
    복수의 상기 커버부재가 용접된 용접부와 상기 배터리셀 사이에 상기 용접부로부터 상기 배터리셀로 전도(傳導)에 의한 열전달을 차단하는 공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    복수의 상기 커버부재 중 어느 하나와 상기 배터리셀 사이에 열차단부가 구비되고,
    상기 공기층은 열차단부의 표면에 정해진 깊이로 형성되는 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열차단부에서 상기 커버부재 중 어느 하나와 접하는 표면에 상기 용접부를 포함하는 공기층홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공기층홈의 둘레는 상기 용접부와 미리 정해진 간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 공기층홈은, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 공기층홈의 내부와 상기 열차단부의 외부가 서로 통하도록 상기 열차단부의 표면으로부터 미리 정해진 깊이로 형성되면서 외부와 상기 공기층홈을 연통시키는 방열통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열통로는 상기 공기층홈과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 방열통로는, 상기 열차단부의 표면으로부터 깊어질수록 폭이 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 방열통로의 단면적은 상기 공기층홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 커버부재는,
    상기 배터리셀이 전면을 커버하는 프런트커버와,
    상기 배터리셀의 측면을 커버하는 사이드커버인 것을 특징으로 하는 열방출이 가능한 배터리 모듈.
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