KR20220161085A - 배터리 모듈의 냉각 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 냉각 구조에 관한 것으로, 보다 상게하게는 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들이 서로 정면과 후면이 마주하도록 일렬로 배열 장착되는 배터리 모듈에 있어서, 상기 파우치형 배터리 셀들의 정면 또는 후면 중 일면에 부착되어 전류를 전달하는 전기전도성 소재의 전극 플레이트; 상기 전극 플레이트의 외측 둘레에 형성되도록 파우치형 배터리 셀들의 일면에 부착되어 열을 전달하는 열전도성 소재의 열 전달 플레이트 및 상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되되, 냉각수가 내부로 유동하도록 형성되고, 유동하는 냉각수의 냉각열을 상기 열 전달 플레이트로 전달하는 히트싱크를 포함하며, 상기 히트싱크는, 상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되는 장착면이 기울기를 형성하여 주변에서 발생되는 수분을 기울기 방향으로 유도 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈의 냉각 구조{Cooling structure of battery module}
본 발명은 배터리 모듈의 냉각 구조에 관한 것으로, 특히 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들로 구성되는 배터리 모듈의 냉각 구조에 관한 것이다.
배터리는 다양한 전자기기의 전력원으로 이용되고 있다. 전기 자동차나 기타 용도로 사용되는 배터리는 필요한 용량에 따라 수 십 개 또는 백 개 이상의 단위 배터리 셀(Battery cell)이 집합된 배터리 모듈로 구성된다.
배터리의 사용 효율을 높이기 위해서는 배터리 셀들의 전압 레벨을 동일하게 유지하는 것이 필요하고, 이를 위해서 배터리 관리 시스템(battery management system: BMS)이 구비되어 배터리 모듈의 각 배터리 셀들을 충전 또는 방전하면서 각 셀의 전압을 적정한 레벨로 유지시킨다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV), 수소전기차(FCEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리 모듈이 사용된다.
중대형 배터리 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 배터리 셀, 파우치형 배터리 셀, 원통형 배터리 셀 등이 중대형 배터리 모듈의 배터리 셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 배터리 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 배터리 모듈에 널리 사용되는 파우치형 배터리 셀의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 배터리 셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 배터리 셀의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 셀의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈에는 그것이 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각시스템이 필요하다.
한편, 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들은 전기전도성과 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 전기전도와 열전도에 있어 불리함을 갖는 바, 최근 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들의 표면에 금속재질의 플레이트를 부착하여 전기전도와 열전도를 보완하도록 하는 노력이 이루어지고 있다.
이때, 금속재질의 플레이트를 부착한 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀을 냉각하는 방법은, 금속재질의 플레이트를 직접 냉각하는 방법이나 배터리 셀들의 인접한 위치에 냉각시스템이 설치되어 배터리 셀을 간접적으로 냉각하는 방식이 있는데, 전자의 경우가 후자보다 냉각에 효율적이다.
이 때문에, 금속재질의 플레이트를 직접 냉각하는 방식을 채택함이 냉각시스템을 적용하는 목적에 더 부합한데, 금속재질의 플레이트는 쇼트 방지를 위해 파우치형 배터리 셀의 전극과 연결되는 전극부를 제외하고 절연처리 되어 개별적인 냉각이 필요하나 전극부와 절연처리된 부분들이 일체를 이루기 때문에 개별적인 냉각의 구현이 어려워 간접 냉각 방식만을 채택하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 본 발명은 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈에 금속재질의 플레이트를 구성함에 있어, 금속재질의 플레이트를 전극부와, 절연처리되는 부분을 따로 분리하고, 절연처리되는 부분을 외측으로 돌출 후 돌출된 부분을 통해 히트싱크에 삽입 장착시켜 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀의 개별적인 냉각이 가능하도록 구성된 배터리 모듈의 냉각 구조를 제공하는데 일 목적을 둔다.
나아가, 본 발명은 파우치형 배터리 셀의 개별적인 냉각을 가능하게 함에 있어, 히트싱크와 파우치형 배터리 셀 사이에 온도편차로 인해 발생될 수 있는 수분을 유도 배출하도록 구성되어 쇼트를 방지할 수 있는 배터리 모듈의 냉각 구조를 제공하는 데 일 목적을 둔다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들이 서로 정면과 후면이 마주하도록 일렬로 배열 장착되는 배터리 모듈의 냉각 구조에 있어서, 상기 파우치형 배터리 셀들의 정면 또는 후면 중 일면에 부착되어 전류를 전달하는 전기전도성 소재의 전극 플레이트; 상기 전극 플레이트의 외측 둘레에 형성되도록 파우치형 배터리 셀들의 일면에 부착되어 열을 전달하는 열전도성 소재의 열 전달 플레이트 및 상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되되, 냉각수가 내부로 유동하도록 형성되고, 유동하는 냉각수의 냉각열을 상기 열 전달 플레이트로 전달하는 히트싱크를 포함하며, 상기 히트싱크는, 상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되는 장착면이 기울기를 형성하여 배터리 셀 장착면에 발생되는 수분을 기울기 방향으로 유도 배출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 히트싱크의 열 전달 플레이트 장착면은, 상기 파우치형 배터리 셀들의 배열 방향에 대해 일측방으로 기울기를 형성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈의 냉각 구조는, 상기 히트싱크의 기울기를 형성하는 열 전달 플레이트 장착면의 하방측 끝단에는 배출구를 형성하여 유도되는 수분을 배출하도록 구성되고, 상기 배출구를 통해 배출된 수분은 상기 히트싱크를 유동하는 냉각수로 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 히트싱크의 열 전달 플레이트 장착면에는, 기울기 방향을 따라 길이를 형성하는 복수의 배출로가 기울기 방향에 평행인 방향으로 일정 또는 임의의 간격으로 형성되고, 상기 배출로 사이의 장착면들은 양측 배출로 방향으로 기울기를 갖는 'Λ' 단면을 형성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈의 냉각 구조는, 상기 전극 플레이트와 열 전달 플레이트 사이에서 전극 플레이트를 감싸도록 상기 파우치형 배터리 셀들의 일면에 부착되는 테이프형 또는 밴드형의 절연체를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전극 플레이트는, 상단 일측에 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있는 전압 센싱단자가 돌출될 수 있다.
또한, 상기 열 전달 플레이트는, 표면이 절연처리 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈에 금속재질의 플레이트를 구성함에 있어, 금속재질의 플레이트를 전극부와, 절연처리되는 부분을 따로 분리하고, 절연처리되는 부분을 외측으로 돌출 후 돌출된 부분을 통해 히트싱크에 삽입 장착시켜 배터리 셀의 개별적인 냉각이 가능하도록 구성됨으로써 냉각 효율을 향상시킨 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 파우치형 배터리 셀의 개별적인 냉각을 가능하게 함에 있어, 히트싱크와 파우치형 배터리 셀 사이에 온도편차로 인해 발생될 수 있는 수분을 유도 배출하도록 구성되어 쇼트를 방지함으로써, 배터리 셀의 손상과 화재의 위험성을 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 위에서 언급된 본 발명의 실시 예에 따른 효과는 기재된 내용에만 한정되지 않고, 명세서 및 도면으로부터 예측 가능한 모든 효과를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 반대측 부분을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 도 1의 우측면도이다.
도 5는 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 6은 절연층이 형성된 열 전달 플레이트를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따라 구성되는 냉각수 유동관의 다양한 형태를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 2의 B-B' 단면을 통해 냉각수 유동관이 마련되지 않은 상태의 히트싱크의 일례를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 7의 냉각수 유동관이 구비됨에 있어 배출구가 연결되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 배출로가 마련된 상태를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10의 배출로의 단면을 상세히 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조를 보여주는 사시도이며, 도 2는 도 1의 반대측 부분을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1의 정면도이며, 도 4는 도 1의 우측면도이고, 도 5는 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 6은 절연층이 형성된 열 전달 플레이트를 개략적으로 보여주는 도면이며, 도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따라 구성되는 냉각수 유동관의 다양한 형태를 예시하는 도면이고, 도 8은 도 2의 B-B' 단면을 통해 냉각수 유동관이 마련되지 않은 상태의 히트싱크의 일례를 보여주는 도면이며, 도 9는 도 7의 냉각수 유동관이 구비됨에 있어 배출구가 연결되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀(BC)들이 서로 정면과 후면이 마주하도록 일렬로 배열 장착되는 배터리 모듈(1)의 냉각 구조에 관한 것이다.
여기서, 배터리 셀(BC)들은 바람직하게는 세퍼레이터를 중심에 두고 양측으로 양극재와 음극재가 마련되는 집전체 복수개가 고밀도로 형성되어 높은 전력효율을 나타내는 슈퍼 캐패시터일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다른 배터리 셀(BC)일 수도 있다.
상기와 같은 배터리 셀(BC)로 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈(1)의 냉각 구조는, 전극 플레이트(10), 열 전달 플레이트(20) 및 히트싱크(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 전극 플레이트(10)는 파우치형 배터리 셀(BC) 각각의 일면에 부착되어 전류를 전달하는 전기전도성 소재의 플레이트로서, 바람직하게는 금속재일 수 있으며, 보다 바람직하게는 알루미늄 소재로 형성되어 전류를 전달하도록 구성될 수 있다.
이때, 전극 플레이트(10)는 파우치형 배터리 셀(이하, '배터리 셀'이라 함)의 정면과 후면 중 하나의 일면에 부착될 수 있고, 배터리 셀(BC)은 전극 플레이트(10)간 마주하지 않도록 일렬로 배열 장착되어 배터리 모듈(1)을 구성할 수 있다.
전극 플레이트(10)는 배터리 셀(BC)의 일면에 부착될 경우, 배터리 셀(BC) 내부에 마련된 전극 리드가 위치한 부분에 부착될 수 있고, 배터리 셀(BC) 내부에 위치한 전극 리드로부터 공급되는 전류를 전달 받아 타 배터리 셀로 전달할 수 있다.
여기서, 전극 플레이트(10) 상단 일측에는 각 배터리 셀(BC)의 전압을 측정할 수 있도록 전압 센싱단자(15)가 돌출될 수 있고, 전압 센싱단자(15)에 접속하여 각 배터리 셀(BC)의 전압을 개별적으로 측정하거나 배터리 모듈(1) 전체의 배터리 용량 등을 측정하도록 구성될 수 있다.
열 전달 플레이트(20)는 전극 플레이트(10)의 외측 둘레에 형성되도록 파우치형 배터리 셀(BC) 각각의 일면에 부착될 수 있다. 즉, 열 전달 플레이트(20)는 전극 플레이트(10)가 부착되는 일면에 동일하게 부착되어 전극 플레이트(10)의 외측 둘레에 형성될 수 있다.
이때, 열 전달 플레이트(20)는 전극 플레이트(10)에 형성되는 전압 센싱단자(15)를 간섭하지 않기 위해 도면에 도시된 바와 같이 전극 플레이트(10)의 양측과 하측 부분만 둘러싸도록 'U' 형태로 형성될 수가 있다.
또한, 열 전달 플레이트(20)는 하측부가 배터리 셀(BC)보다 더 돌출되도록 형성되어 후술하는 히트싱크(30)에 삽입 장착되도록 구성될 수가 있다. 즉, 열 전달 플레이트(20)의 하측부는 히트싱크(30)에 배터리 셀(BC)을 장착할 수 있는 결합부로서의 작용을 할 수 있다.
이러한, 열 전달 플레이트(20)는 바람직하게는 금속재, 보다 바람직하게는 알루미늄 소재 등의 열전도성 소재로 형성되어 히트싱크(30)로부터 냉각열을 전달 받을 수 있고, 이를 내측에 위치된 전극 플레이트(10)로 전달하도록 구성될 수 있다. 즉, 열 전달 플레이트(20)가 전극 플레이트(10)를 통해 배터리 셀(BC)과 히트싱크(30) 사이에서 열 교환을 수행할 수 있는 것이다.
여기서, 열 전달 플레이트(20)는 도 쇼트를 방지하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 표면에 절연처리 될 수가 있다.
구체적으로, 열 전달 플레이트(20)는 표면에 절연층(25)을 형성하도록 절연처리 될 수 있고, 표면에 절연층(25)이 형성되도록 절연처리된 열 전달 플레이트(20)는 냉각 시 발생할 수 있는 결로 등의 수분으로 인한 쇼트 발생 등을 미연에 방지할 수가 있다.
여기서, 열 전달 플레이트(20)가 알루미늄 소재로 마련될 경우, 열 전달 플레이트(20)는 하드 아노다이징(Hard Anodizing) 공정으로 절연처리될 수 있다. 하드 아노다이징 공정으로 절연처리되는 열 전달 플레이트(20)는 표면에 산화알루미늄(Al2O3) 피막층을 형성하게 되는데 이 산화알루미늄 피막층이 절연층(25)의 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 알루미늄 소재로 마련되는 열 전달 플레이트(20)에 양극(Anode)으로 걸쳐 희석-산의 액으로 전해하면, 양극에서 발생하는 산소에 의해 열 전달 플레이트(20)의 표면에 강하게 밀착되는 산화알루미늄 피막층이 형성된다. 이 산화알루미늄 피막층은, 내식성, 내마모성, 전기적 절연성 등의 특성을 가져 쇼트 방지를 수행하는 절연층(25)의 역할을 할 수 있는 것이다.
더불어, 알루미늄 소재에 하드 아노다이징 공정을 수행할 경우, 열 전달 플레이트(20)의 경도가 강화될 수 있고, 염수를 포함한 수분에 매우 강한 성질을 지닐 수도 있다.
히트싱크(30)는 열 전달 플레이트(20)가 삽입 장착되되, 냉각수가 내부로 유동하도록 형성되어 유동하는 냉각수의 냉각열을 열 전달 플레이트(20)로 전달하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트싱크(30)는 함체로 구성되며 그 내부로 냉각수 유동관(31)을 마련하여 냉각수가 유동할 통로를 마련해줄 수 있고, 함체형의 히트싱크(30)에는 냉각수 유입구(32) 및 냉각수 유출구(33)가 형성되어 냉각수 유입구(32) 및 냉각수 유출구(33)가 연결될 수 있다.
이때, 냉각수 유동관(31)은 도 7의 (a)에 도시된 통상의 배관형 히트싱크와 같이 좌측과 우측 방향을 교번하여 유동하도록 지그재그로 길이를 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각수 유동관(31)은 도 7의 (b)에 도시된 매니폴드형과 같이 냉각수 유입구(32)로부터 다수의 배관으로 분기되고 열 전달 플레이트(20)의 장착 배열을 따라 길이를 형성 후, 냉각수 유출구(33)로 합쳐지는 형태일 수 있다.
상기의 냉각수 유동관(31)은 히트싱크(30) 내에서 히트싱크(30)로 삽입 장착된 열 전달 플레이트(20)에 인접하여 길이를 형성하여 열 전달 플레이트(20)로 냉각열을 전달하도록 구성될 수 있다.
한편, 상술한 히트싱크(30)의 형태는 일례에 불과한 것으로, 함체형의 히트싱크(30)는 다른 예로써 냉각수 유동관(31)이 따로 구비되지 않고 도 8에 도시된 바와 같이 냉각수(CW)로 채워지는 형태일 수도 있다.
이 경우, 냉각수 유입구(32) 및 냉각수 유출구(33)는 히트싱크(30) 내부와 연결되어 히트싱크(30) 내부로 냉각수를 채우고, 열 전달 플레이트(20)와 열교환이 수행된 냉각수를 배출하도록 구성될 수 있다.
냉각수 유입구(32)는 배열 방향 전방에 위치될 수 있고, 냉각수 유출구(33)는 배열 방향 후방에 위치되어 냉각수의 흐름이 배열 방향을 따라 흐르도록 형성될 수 있다. 또한, 냉각수 유출구(33)의 직경은 냉각수 유입구(32)의 직경보다 크게 형성되도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 냉각수 유출구(33)로의 역류 가능성을 낮추고 열교환을 수행한 냉각수의 배출이 보다 원활할 수 있다.
상기의 함체형의 히트싱크(30)는, 열 전달 플레이트(20)가 삽입 장착되는 장착면(34)이 기울기(α)를 형성할 수 있다. 즉, 열 전달 플레이트(20)가 히트싱크(30)의 상단면으로 삽입 장착될 경우, 상단면이 장착면(34)으로써 기울기(α)를 형성하는 것이다.
이는, 배터리 셀(BC)에서 발생되는 발열과 히트싱크(30)에서 발생되는 냉각열간의 편차로 인해 발생되는 수분을 배출하기 위함으로, 배터리 셀(BC)과 히트싱크(30) 사이에서 발생되는 수분은 열 전달 플레이트(20)의 장착면 기울기(α) 를 따라 배출되어 배터리 셀(BC)의 쇼트를 방지하고 화재의 위험성을 줄일 수 있다.
이때, 히트싱크(30)의 열 전달 플레이트 장착면(이하 '장착면'이라 함)은 파우치형 배터리 셀(BC)들의 배열 방향에 대해 일측방으로 기울기(α)를 형성할 수가 있다. 즉, 히트싱크(30)가 배터리 모듈(1)의 전방에서 후방으로 배열을 형성하면, 장착면(34)은 좌측방 또는 우측방으로 기울기(α)를 형성하는 것이다. 이에 따라, 배터리 셀(BC)은 정면에서 보았을 때 한쪽 방향으로 기운 형태로 히트싱크(30)에 장착되어 있는 구조를 형성할 수 있다.
또한, 장착면(34)의 기울기(α) 하방측 끝단에는 기울기(α)를 따라 유도되는 수분이 응집되고 배출되는 배출구(35)를 마련할 수 있다. 이때, 배출구(35)는 히트싱크(30)를 유동하는 냉각수로 유입되도록 구성될 수 있다.
즉, 냉각수 유동관(31)이 마련되는 히트싱크(30)일 경우, 배출구(35)는 도 9에 도시된 바와 같이 냉각수 유동관(31)과 연결관(35a)에 의해 연결되어 응집된 수분을 냉각수 유동관(31)으로 전달할 수 있고, 냉각수 유동관(31)이 마련되지 않을 경우 배출구(35)는 히트싱크(30) 내부와 바로 연결될 수 있다.
여기서, 배출구(35)가 히트싱크(30) 내부와 바로 연결될 경우에는 히트싱크(30)의 물이 배출구(35)로 역류하지 않도록 배출구(35)에 원웨이밸브(One-way valve)가 설치될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 배출로가 마련된 상태를 보여주는 도면이며, 도 11은 도 10의 배출로의 단면을 상세히 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는 장착면(34)에 기울기(α) 방향을 따라 길이를 형성하는 복수의 배출로(36)를 기울기(α) 방향에 평행인 방향으로 일정 또는 임의의 간격으로 형성할 수 있다. 이때, 배출로(36)는 히트싱크(30) 내측으로 함몰 형성되는 홈으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 배열된 배터리 셀(BC) 사이마다 마련되도록 형성될 수 있다.
또한, 배출로(36) 사이의 장착면(34)들은 양측 배출로(36) 방향으로 기울기를 갖는 'Λ'단면을 형성할 수 있다. 즉, 'Λ'단면을 형성하는 부분에 배터리 셀(BC)이 장착될 수 있으며, 배터리 셀(BC)의 장착 부위 주변에서 수분이 발생하면 배터리 셀(BC) 양측으로 마련된 배출로(36)로 수분이 유도되고, 장착면(34)의 경사를 따라 유도되어 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 전극 플레이트(10)와 열 전달 플레이트(20) 사이에서 전극 플레이트(10)를 감싸도록 파우치형 배터리 셀(BC)들의 일면에 부착되는 절연체(40)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 절연체(40)는 테이프형 또는 밴드형일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다른 형태로도 형성될 수 있다.
절연체(40)는 전류가 열 전달 플레이트(20)로 전도되는 것을 방지하며, 냉각수의 수분 등이 전극 플레이트(10)로 유입되는 것을 방지하여, 배터리 모듈(1)의 화재의 위험성을 낮추며, 보다 안전한 사용이 가능하도록 할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 냉각 구조는, 구성에 대한 이해를 돕기 위해 배터리 셀(BC)을 지지 및 보호하는 프레임이나 하우징 등을 생략하여 내부 구성만을 도시하였으나, 프레임이나 하우징 등이 마련될 수도 있는 것으로 이해되어야 하며, 프레임이나 하우징 등의 형태는 특별히 한정되지는 않는다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
1 : 배터리 모듈
10 : 전극 플레이트
15 : 전압 센싱단자
20 : 열 전달 플레이트
25 : 절연층
30 : 히트싱크
31 : 냉각수 유동관
32 : 냉각수 유입구
33 : 냉각수 유출구
34 : 열 전달 플레이트 장착면
35 : 배출구
35a : 연결관
36 : 배출로
40 : 절연체
BC : 배터리 셀
CW : 냉각수

Claims (7)

  1. 터미널이 없는 파우치형 배터리 셀들이 서로 정면과 후면이 마주하도록 일렬로 배열 장착되는 배터리 모듈의 냉각 구조에 있어서,
    상기 파우치형 배터리 셀들의 정면 또는 후면 중 일면에 부착되어 전류를 전달하는 전기전도성 소재의 전극 플레이트;
    상기 전극 플레이트의 외측 둘레에 형성되도록 파우치형 배터리 셀들의 일면에 부착되어 열을 전달하는 열전도성 소재의 열 전달 플레이트 및
    상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되되, 냉각수가 내부로 유동하도록 형성되고, 유동하는 냉각수의 냉각열을 상기 열 전달 플레이트로 전달하는 히트싱크를 포함하며,
    상기 히트싱크는,
    상기 열 전달 플레이트가 삽입 장착되는 장착면이 기울기를 형성하여 주변에서 발생되는 수분을 기울기 방향으로 유도 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크의 열 전달 플레이트 장착면은,
    상기 파우치형 배터리 셀들의 배열 방향에 대해 일측방으로 기울기를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크의 기울기를 형성하는 열 전달 플레이트 장착면의 하방측 끝단에는 배출구를 형성하여 유도되는 수분을 배출하도록 구성되고,
    상기 배출구를 통해 배출된 수분은 상기 히트싱크를 유동하는 냉각수로 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크의 열 전달 플레이트 장착면에는,
    기울기 방향을 따라 길이를 형성하는 복수의 배출로가 기울기 방향에 평행인 방향으로 일정 또는 임의의 간격으로 형성되고,
    상기 배출로 사이의 장착면들은 양측 배출로 방향으로 기울기를 갖는 'Λ' 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 플레이트와 열 전달 플레이트 사이에서 전극 플레이트를 감싸도록 상기 파우치형 배터리 셀들의 일면에 부착되는 테이프형 또는 밴드형의 절연체를 더 포함하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 플레이트는,
    상단 일측에 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있는 전압 센싱단자가 돌출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 플레이트는,
    표면이 절연처리된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 냉각 구조.
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