KR20230135998A - 히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈 - Google Patents

히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈 Download PDF

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안수준
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트 싱크는, 금속 재질 및 수질 재질을 가지고, 냉각수가 유동되는 냉각 유로를 형성하는 유로홈이 마련된 방열 케이스; 및 유로홈을 덮도록 방열 케이스에 결합되는 방열 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈{HEAT SINK, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND BATTERY MODULE}
본 발명은 히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈에 관한 것이며, 상세하게는 배터리셀의 내부 발화시, 배터리셀의 벤트부가 열리는 압력에 의해 방열부의 방열 필름이 찢어지면서, 찢어진 방열 필름을 통해 냉각수가 배터리셀로 흘러 내려, 발화된 배터리셀의 화염을 조기 진압하여, 배터리셀의 연속 발화를 방지할 수 있는 히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈에 관한 것이다.
기본적으로, 배터리 모듈(10)은 적어도 하나의 배터리셀(11)에 히트 싱크(12)가 부착되는 구조이다. 히트 싱크(12)는 브레이징(brazing) 공법에 의해 알루미늄 판재와 알루미늄 판재가 서로 부착되어 형성되거나, 또는 이종 접합 방식으로 부착된 알루미늄 판재와 플라스틱 판재로 구성된다.
일반적으로, 배터리셀(11)은 하단부에 벤트부(11a)가 존재한다. 배터리셀의 내부에서 발화가 발생되면, 배터리셀의 내부 압력에 의해 벤트부(11a)가 열리고, 화염이 배터리셀(11)의 외부로 분출된다.
다만, 배터리셀의 하단부가 히트 싱크(12)에 부착될 경우에, 배터리셀의 내부에서 발화 발생시, 히트 싱크가 배터리셀의 벤트부를 막아, 배터리셀(11)의 발화시 벤트부가 열리지 않게 된다. 배터리셀의 벤트부(11a)가 열리지 못하면, 배터리셀의 내부 압력은 계속 증가하게 되고, 결국은 화염에 의해 발생된 배터리셀의 내부 압력이 배터리셀의 측면을 찢고 배터리셀의 측면으로 분출되는 현상이 발생한다.
배터리셀(11)의 측면으로 분출된 화염은, 인접하게 배치된 배터리셀로 전달되면서, 연쇄 발화가 발생하는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2019-0041725호에는 소화 장치를 구비한 전지 모듈이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발화된 배터리셀과 접촉되는 부분에서 히트 싱크가 파손되면서, 히트 싱크 내의 냉각수가 발화된 배터리셀로 흘러 내려, 배터리셀의 화염을 조기 진압할 수 있는 히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법 및 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 히트 싱크의 방열 필름이 마이크로미터 단위로 박막 형태로 제작되어, 배터리셀의 내부 발화시 배터리셀의 내부압력이 벤트부를 밀어내는 힘에 의해 찢어지게 마련되어, 배터리셀의 측면 폭발을 방지하여, 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트 싱크는, 금속 재질 및 수질 재질을 가지고, 냉각수가 유동되는 냉각 유로를 형성하는 유로홈이 마련된 방열 케이스; 및 유로홈을 덮도록 방열 케이스에 결합되는 방열 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 케이스는 유로홈이 마련되게 진공 성형된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 케이스는 0.3mm 내지 20mm 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유로홈은 냉각수가 지그 재그 형태로 유동가능하게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 케이스는, 금속층과, 금속층의 적어도 하나의 일면에 마련된 수지층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지가 다층 구조를 갖도록 적층된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수지층은, 금속층의 일면에 수지처리된 제1 수지층과, 금속층의 다른 일면에 수지처리된 제2 수지층을 포함하고, 제1 수지층과 제2 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수지층은, 금속층의 일면에 수지처리된 제1 수지층과, 제1 수지층의 다른 일면에 수지처리된 제2 수지층을 포함하고, 제1 수지층과 제2 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속층은 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수지층은, PVC계 수지, PP계 수지, 또는 PBT계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유로홈의 일측에 마련된 유입 개구를 관통하여, 방열 케이스에 결합된 유입 포트; 및 유로홈의 타측에 마련된 유출 개구를 관통하여, 방열 케이스에 결합된 유출 포트를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입 포트와 유출 포트는, 내부가 중공된 포트몸체와, 포트몸체의 외측으로 돌출된 포트 돌출부가 일체형으로 마련되고, 포트몸체의 하단부가 유로홈에 삽입되고, 포트 돌출부가 방열 케이스의 외면에 걸리게, 방열 케이스에 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입 포트와 유출 포트는, 포트 돌출부가 열융착 방식으로, 방열 케이스의 외면에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유로홈의 내측에서, 포트몸체의 하단부를 관통하여, 접착제에 의해 유로홈의 내측에 결합되는 와셔 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포트몸체의 하단부를 관통하여, 포트 돌출부가 걸리게, 방열 케이스와 포트 돌출부 사이에 설치된 와셔 부재; 유로홈의 내측에서, 포트몸체의 하단부를 관통하되, 포트몸체 하단부에 마련된 나사산을 따라 나사 결합되는 결합 부재; 및 유로홈의 내측에서, 방열 케이스의 내면과 결합 부재 사이에서, 포트몸체의 하단부를 관통하게 포트 몸체에 결합된 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재는 기준면에 대해 올록볼록하게 돌출된 복수의 실링 돌기가 마련되고, 실링 돌기가 방열 케이스의 내면에 접촉되고, 기준면이 결합부재에 접촉되게 포트 몸체에 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 돌기는 삼각 단면, 사각 단면, 반원형 단면, 라우드형 단면, 또는 끝단이 뾰족한 다각 단면 중 어느 하나의 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 필름은 금속 필름에 고분자 수지 필름이 압착된 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속 필름은 알루미늄 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 고분자 수지 필름은 폴리 프로필렌(polypropylene, PP), 나일론, PET계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 필름은 금속 필름의 일면에, 폴리 프로필렌(polypropylene, PP) 필름이 압착되고, 금속 필름의 다른 일면에, 나일론 필름이 압착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 필름은 금속 필름의 일면에, 폴리 프로필렌(polypropylene, PP) 필름이 압착되고, 금속 필름의 다른 일면에, 나일론 필름과 PET 필름이 이중 레이어 구조로 압착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 필름은 10㎛ 내지 300㎛ 범위의 두께를 가진 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트 싱크의 제조 방법은, 상기와 같은 구조를 가진 히트 싱크를 제작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은, 히트 싱크; 및 벤트부를 갖는 적어도 하나의 배터리셀을 포함하고, 히트 싱크는 방열 필름이 벤트부와 마주보게, 적어도 하나의 배터리셀에 결합되어, 배터리셀의 내부 발화시, 배터리셀의 내부 압력이 벤트부를 밀어내는 힘에 의해 방열 필름이 파손되면서, 냉각 유로를 유동하는 냉각수가 배터리셀로 흘러 내리게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 케이스는 유로홈이 마련되게 진공 성형되고, 유로홈은 냉각수가 지그 재그 형태로 유동가능하게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 케이스는 0.3mm 내지 20mm 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 히트 싱크는 유로홈의 일측에 마련된 유입 개구를 관통하여, 방열 케이스에 결합된 유입 포트; 및 유로홈의 타측에 마련된 유출 개구를 관통하여, 방열 케이스에 결합된 유출 포트를 더 포함하고, 냉각수가 유입 포트를 통해 냉각 유로로 유입되어, 냉각 유로를 따라 방열 케이스의 전면적을 지그 재그 형태로 유동하면서 배터리셀과 열교환하고, 유출 포트를 통해 배출되게 마련된 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 필름은 금속 필름에 고분자 수지 필름이 압착된 필름으로, 10㎛ 내지 300㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배터리셀의 벤트부에 접촉되는 방열부의 방열 필름이 마이크로미터 단위로 박막 형태로 제작되어, 배터리셀의 내부 발화시 배터리셀의 내부압력이 벤트부를 밀어내는 힘에 의해 찢어지게 마련되어, 배터리셀의 측면 폭발을 방지할 수 있고, 이로 인해, 종래에 문제점으로 언급된 배터리셀의 측면 폭발로 인한 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀의 내부 발화시, 배터리셀의 벤트부와 접촉되는 히트 싱크의 방열 필름이 배터리셀의 벤트부가 열리는 압력에 의해 찢어지면서, 히트 싱크 내부를 유동하는 냉각수가 히트 싱크에서 배터리셀로 흘러 내려, 발화된 배터리셀의 화염을 조기 진압하여, 배터리셀의 연속 발화를 방지할 수 있다.
본 발명은 발화된 배터리셀의 화염을 조기 진압하여, 발화된 배터리셀 및 이에 인접한 배터리셀 들의 온도 상승을 억제하여, 배터리 모듈의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 금속이 포함된 복합 소재로 히트 싱크를 제작함에 따라, 금속의 열전도도를 이용하여 방열성을 향상시킬 수 있다.
종래의 수지로만 제작된 히트 싱크와 비교하여, 본 실시예에 따른 방열 케이스가 금속이 포함된 복합 소재에 의해 구조적 강성이 확보되어, 히트 싱크의 슬림화를 도모할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리모듈에서, 배터리셀의 발화시 측면 발화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 일부면이 절단된 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 방열 케이스를 구성하는 복합 소재의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 방열 케스의 복합 소재의 조합 예들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6는 방열 필름의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 일 예에 따른 유입 포트와 히트 싱크의 결합 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 예에 따른 히트 싱크에 적용되는 실링 부재의 형상에 대한 다양한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 다른 예에 따른 유입 포트와 히트 싱크의 결합 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈에서, 어느 하나의 배터리셀의 내부 발화시 히트 싱크에서 냉각수가 배출되면서 배터리셀의 화염을 진압하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트 싱크, 히트 싱크의 제조방법, 및 배터리 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 배터리셀(110)과, 히트 싱크(120)를 포함한다.
본 발명은 배터리셀(110)의 내부 발화시, 배터리셀(110)의 벤트부(111)가 열리는 압력에 의해 히트 싱크(120)의 방열 필름(124)이 찢어지면서, 찢어진 방열 필름(124)을 통해 냉각수가 배터리셀(110)로 흘러 내려, 발화된 배터리셀(110)의 화염을 조기 진압하여, 배터리셀(110)의 연속 발화를 방지하기 위한 것이다.
배터리셀(110)은 원통형 배터리셀(110)로서, 내부에 전극이 내장된 것이다. 배터리셀(110)의 하단부에는 벤트부(111)가 마련된다. 배터리셀(110)은 공지된 기술인 바, 본 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 히트 싱크(120)는 배터리셀(110)의 벤트부(111)의 일부 영역이 냉각 유로(125) 상에 놓이게, 적어도 하나의 배터리셀(110)에 결합된다. 이때, 히트 싱크(120)는 접착제(130)에 의해 배터리셀(110)에 결합된다. 이때, 배터리셀(110)은 필름결합면(122)에 놓이는 면적이 최소화되게, 히트 싱크(120)에 결합되는 것이 바람직하다. 이는, 배터리셀(110)의 내부 발화시 배터리셀(110)의 벤트부(111)가 보다 용이하게 개방되게 하기 위함이다.
히트 싱크(120)는, 방열 케이스(121), 방열 필름(124), 유입 포트(128) 및 유출 포트(129)를 포함한다. 히트 싱크(120)는 배터리셀(110)에 설치되어, 배터리셀(110)을 방열한다.
방열 케이스(121)는 방열 필름(124)과 결합되어 냉각수가 유동되는 냉각 유로(125)를 형성한다. 방열 케이스(121)는 냉각 유로(125)를 형성하는 유로홈(123)이 마련되게 진공 성형된다.
방열 케이스(121)는 필름결합면(122), 유로홈(123), 유입 개구(126)와 유출 개구(127)로 구성된다.
유로홈(123)은 필름결합면(122)에 대해 단차지게 마련된다. 유로홈(123)은 냉각수가 지그 재그 형태로 방열 케이스(121)의 전면적에 걸쳐 유동가능하게 마련된다. 유로홈(123)은 방열 케이스의 길이 방향(L)을 따라, 냉각수의 흐름을 유입 포트(128)에서 유출 포트(129)로 가이드한다.
유로홈(123)에는 유입 개구(126)와 유출 개구(127)가 마련된다. 유입 개구(126)는 유로홈(123)의 선단에 마련된다. 그리고, 유출 개구(127)는 유입 개구(126)의 반대측에서, 유로홈(123)의 후단에 마련된다.
방열 케이스(121)는 금속이 포함된 복합 소재로 제작된다. 도 4를 참조하면, 복합 소재는 금속의 강도를 가지되, 수지에 의해 표면처리된다. 복합 소재는 금속층(121c), 제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)을 포함한다.
금속층(121c)는 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 금속층(121c)는 금속층(121c)의 적어도 일면이 수지층(121a, 121d)에 의해 절연처리된다.
제1 수지층(121a)은 금속층(121c)의 일면을 수지(resin)처리한다. 제1 수지층(121a)은 PVC계 수지, PP계 수지, PBT계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 제1 수지층(121a)은 접착제(121b)에 의해 금속층(121c)에 접착될 수 있다.
수지층(121a, 121d)은 다층 구조로 적층가능하다. 일 예로, 수지층(121a, 121d)은 이중 레이어 구조로, 금속층의 적어도 하나의 일면에 수지처리된 것이다.
수지층(121a, 121d)은 금속층(121c)의 양면에 마련될 수 있다. 또는, 수지층(121a, 121d)은 금속층(121c)의 어느 일면에 마련될 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 수지층(121a, 121d)에 대해 "제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)"으로 구분지어 지칭하기로 한다.
제1 수지층(121a) 및/또는 제2 수지층(121d)은 접착제(121b)에 의해 금속층(121c)에 접착될 수 있다.
제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지 재질을 가진다. 제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)은 PVC계 수지, PP계 수지, 또는 PBT계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
PVC(Poly Vinyl Chloride)계 수지는 비용이 저렴하다. PP(poly propylene)계 수지는 내약품성 및 밸런스가 우수하다. PBT(Polybutylene Terephthalate)계 수지는 내열성이 우수하다. 복합 재료의 사용 목적에 따라 수지의 종류는 다양하게 가변가능하다.
도 5를 참조하면, 제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)은 다양한 조합으로, 금속층(121c)의 일면 또는 양면에 수지처리될 수 있다.
제1 수지층(121a)은 PVC계 수지, PP계 수지, PBT계 수지 중 어느 하나의 수지가 일면을 구성하고, 다른 하나의 수지가 다른 일면을 구성하는 이중 레이어 구조를 가진다.
예컨대, PVC계 수지가 제1 수지층(121a)의 일면을 구성하고, PP계 수지가 제1 수지층(121a)의 다른 일면을 구성하면, PVC계 수지의 분자 구조와 PP계 수지의 분자 구조가 서로 상이함에 따라, 제1 수지층(121a)은 핀홀을 방지할 수 있다.
제2 수지층(121d)은 금속층(121c)의 다른 일면을 수지(resin)처리한다. 제2 수지층(121d)은 PVC계 수지, PP계 수지, PBT계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
제2 수지층(121d)은 PVC계 수지, PP계 수지, PBT계 수지 중 어느 하나의 수지가 일면을 구성하고, 다른 하나의 수지가 다른 일면을 구성하는 이중 레이어 구조를 가진다.
본 실시예에 따른 방열 케이스(121)는 금속층(121c)에 의해 구조적 강성 및 방열성을 가지고, 제1 수지층(121a)와 제2 수지층(121d)에 의해 절연성을 확보할 수 있다.
종래의 수지로만 제작된 방열 케이스(121)와 비교하여, 본 실시예에 따른 방열 케이스(121)가 금속층(121c)에 의해 구조적 강성이 확보되어, 히트 싱크의 슬림화를 도모할 수 있다.
방열 필름(124)은 박막형 필름이다. 방열 필름(124)은 10㎛ 내지 990㎛ 범위의 두께를 가진다. 방열 필름(124)은 방열성 및 절연성을 가진다.
방열 필름(124)은 금속 필름에 고분자 수지 필름이 압착된 필름이다. 금속 필름은 알루미늄 필름을 포함한다. 도 6를 참조하면, 방열 필름(124)은 폴리 프로필렌(polypropylene, PP) 필름(124a), 알루미늄 필름(124b), 나일론 필름(124c)과, PET 필름(124d)이 적층 압착된 필름이다.
방열 필름(124)은 방열 케이스(121)의 필름결합면(122)에 열압착 방식으로 결합된다. 방열 필름(124)은 필름결합면(122)에 결합되어, 유로홈(123)을 덮어 냉각 유로(125)를 형성한다.
유입 포트(128)는 냉각수의 냉각 유로(125)로의 유입 통로이다. 유입 포트(128)는 유입 개구(126)를 관통하여, 유로홈(123)과 연통되게 방열 케이스(121)에 결합된다.
유출 포트(129)는 냉각수의 냉각 유로(125)로부터의 배출 통로이다. 유출 포트(129)는 유출 개구(127)를 관통하여, 유로홈(123)과 연통되게 방열 케이스(121)에 결합된다. 유출 포트(129)는 유출 포트(129)는 방열 케이스의 길이 방향(L)을 따라, 유입 포트(128)와 반대측에서, 방열 케이스(121)에 결합된다.
유입 포트(128)와 유출 포트(129)는 동일한 구조를 가진다. 이에, 본 실시예에서는 설명의 반복을 피하기 위해, 유입 포트(128)를 기준으로 설명하기로 한다.
유입 포트(128)는 포트몸체(128a)와 포트 돌출부(128b)로 구성된다. 포트몸체(128a)는 내부가 내부가 중공된다. 포트몸체의 하단부(128c)에는 포트 돌출부(128b)가 마련된다. 포트 돌출부(128b)는 포트몸체(128a)의 외측으로 돌출되게 마련된다. 포트 돌출부(128b)는 포트몸체(128a)와 일체형으로 마련된다.
유입 포트(128)는 포트몸체의 하단부(128c)가 유입 개구(126)를 관통하여 유로홈(123)에 삽입되고, 포트 돌출부(128b)가 방열 케이스(121)의 외면에 걸리게, 방열 케이스(121)에 결합된다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 유입 포트(128)는 와셔 부재(140), 실링 부재(150)와 결합 부재(160)로 방열 케이스(121)에 결합된다.
와셔 부재(140)는 포트몸체의 하단부(128c)를 관통하여, 포트 돌출부(128b)가 걸리게, 방열 케이스(121)와 포트 돌출부(128b) 사이에 설치된다.
실링 부재(150)는 유로홈(123)의 내측에서, 방열 케이스(121)의 내면과 결합 부재(160) 사이에서, 포트몸체의 하단부(128c)를 관통하게 포트몸체(128a)에 결합된다. 실링 부재(150)는 방열 케이스(121)와 포트몸체(128a) 간의 틈새를 실링하기 위한 것이다. 실링 부재(150)는 소정의 탄성을 가진 재질로 제작될 수 있다.
도 8을 참조하면, 실링 부재(150)는 기준면(151)에 대해 올록볼록하게 돌출된 복수의 실링 돌기(152)가 마련된다. 실링 돌기(152)는 삼각 단면, 사각 단면, 반원형 단면, 라우드형 단면, 또는 끝단이 뾰족한 다각 단면 중 어느 하나의 단면을 가진다.
결합 부재(160)는 유로홈(123)의 내측에서, 포트몸체의 하단부(128c)를 관통하되, 포트몸체(128a) 하단부에 마련된 나사산을 따라 나사 결합된다.
도 7을 참조하면, 유입 포트(128)는 와셔 부재(140)가 포트 돌출부(128b)에 걸리게 포트몸체의 하단부(128c)에 끼워진 상태에서, 포트몸체의 하단부(128c)가 유입 개구(126)를 관통하여, 와셔 부재(140)가 방열 케이스(121)의 외면에서 유입 개구(126)를 둘러싸게 결합된다.
그리고, 유입 포트(128)는 유로홈(123)의 내측에서, 실링 부재(150)의 실링 돌기(152)가 방열 케이스(121)의 내면에 접촉되고, 결합 부재(160)가 실링 부재(150)의 기준면(151)과 접촉되면서, 포트몸체의 하단부(128c)에 나사 결합됨에 따라, 방열 케이스(121)에 결합된다.
다른 예로, 도 9을 참조하면, 포트 돌출부(128b)는 열융착 방식으로, 방열 케이스(121)의 외면에 결합될 수 있다. 그리고, 포트몸체의 하단부(128c)는 유로홈(123)의 내측에서 와셔 부재(140)에 의해 방열 케이스(121)의 내면에 결합된다. 와셔 부재(140)는 포트몸체의 하단부(128c)를 관통하여, 접착제에 의해 방열 케이스(121)의 내면에 결합된다.
도 10를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 배터리셀(110)의 내부 발화시, 배터리셀(110)의 벤트부(111)가 개방되면서, 벤트부(111)가 방열 필름(124)을 밀어올리는 힘에 의해, 방열 필름(124)이 찢어지면서 냉각 유로(125)를 흐르는 냉각수가 발화된 배터리셀(110)로 흘러 내리게 된다.
이에 따라, 본 발명은 발화된 배터리셀(110)의 화염을 조기 진압하여, 발화된 배터리셀(110) 및 이에 인접한 배터리셀(110) 들의 온도 상승을 억제하여, 배터리 모듈(100)의 안전성을 확보할 수 있다.
그리고, 본 발명은 배터리셀(110)의 벤트부(111)에 접촉되는 히트 싱크(120)의 방열 필름(124)이 마이크로미터 단위로 박막 형태로 제작되어, 배터리셀(110)의 내부 발화시 배터리셀(110)의 내부압력이 벤트부(111)를 밀어내는 힘에 의해 찢어지게 마련되어, 배터리셀(110)의 측면 폭발을 방지할 수 있다.
이로 인해, 본 발명은 종래에 문제점으로 언급된 배터리셀(110)의 측면 폭발로 인한 배터리셀(110)의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 금속이 포함된 복합 소재로 히트 싱크를 제작함에 따라, 금속의 열전도도를 이용하여 방열성을 향상시킬 수 있다.
종래의 수지로만 제작된 히트 싱크와 비교하여, 본 실시예에 따른 방열 케이스(121)가 금속층(121c)에 의해 구조적 강성이 확보되어, 히트 싱크의 슬림화를 도모할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 배터리 모듈 110: 배터리셀
120: 히트 싱크 121: 방열 케이스
122: 필름결합면 123: 유로홈
124: 방열 필름 125: 냉각 유로
126: 유입 개구 127: 유출 개구
128: 유입 포트 129: 유출 포트
130: 접착제 140: 와셔 부재
150: 실링 부재 160: 결합 부재

Claims (29)

  1. 금속 재질 및 수질 재질을 가지고, 냉각수가 유동되는 냉각 유로를 형성하는 유로홈이 마련된 방열 케이스; 및
    상기 유로홈을 덮도록 상기 방열 케이스에 결합되는 방열 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 케이스는 상기 유로홈이 마련되게 진공 성형된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 케이스는 0.3mm 내지 20mm 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로홈은 상기 냉각수가 지그 재그 형태로 유동가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 케이스는,
    금속층과,
    상기 금속층의 적어도 하나의 일면에 마련된 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지가 다층 구조를 갖도록 적층된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 수지층은,
    상기 금속층의 일면에 수지처리된 제1 수지층과,
    상기 금속층의 다른 일면에 수지처리된 제2 수지층을 포함하고,
    상기 제1 수지층과 상기 제2 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 수지층은,
    상기 금속층의 일면에 수지처리된 제1 수지층과,
    상기 제1 수지층의 다른 일면에 수지처리된 제2 수지층을 포함하고,
    상기 제1 수지층과 상기 제2 수지층은 동일 종류 또는 다른 종류의 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속층은 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 수지층은, PVC계 수지, PP계 수지, 또는 PBT계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로홈의 일측에 마련된 유입 개구를 관통하여, 상기 방열 케이스에 결합된 유입 포트; 및
    상기 유로홈의 타측에 마련된 유출 개구를 관통하여, 상기 방열 케이스에 결합된 유출 포트를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트는,
    내부가 중공된 포트몸체와, 상기 포트몸체의 외측으로 돌출된 포트 돌출부가 일체형으로 마련되고,
    상기 포트몸체의 하단부가 상기 유로홈에 삽입되고, 상기 포트 돌출부가 상기 방열 케이스의 외면에 걸리게, 상기 방열 케이스에 결합된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트는, 상기 포트 돌출부가 열융착 방식으로, 상기 방열 케이스의 외면에 결합되는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유로홈의 내측에서, 상기 포트몸체의 하단부를 관통하여, 접착제에 의해 상기 유로홈의 내측에 결합되는 와셔 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 포트몸체의 하단부를 관통하여, 상기 포트 돌출부가 걸리게, 상기 방열 케이스와 상기 포트 돌출부 사이에 설치된 와셔 부재;
    상기 유로홈의 내측에서, 상기 포트몸체의 하단부를 관통하되, 상기 포트몸체 하단부에 마련된 나사산을 따라 나사 결합되는 결합 부재; 및
    상기 유로홈의 내측에서, 상기 방열 케이스의 내면과 상기 결합 부재 사이에서, 상기 포트몸체의 하단부를 관통하게 상기 포트 몸체에 결합된 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 기준면에 대해 올록볼록하게 돌출된 복수의 실링 돌기가 마련되고,
    상기 실링 돌기가 상기 방열 케이스의 내면에 접촉되고, 상기 기준면이 상기 결합부재에 접촉되게 상기 포트 몸체에 결합된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 실링 돌기는 삼각 단면, 사각 단면, 반원형 단면, 라우드형 단면, 또는 끝단이 뾰족한 다각 단면 중 어느 하나의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 필름은 금속 필름에 고분자 수지 필름이 압착된 필름인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 필름은 알루미늄 필름인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 고분자 수지 필름은 폴리 프로필렌(polypropylene, PP), 나일론, PET계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 방열 필름은
    상기 금속 필름의 일면에, 폴리 프로필렌(polypropylene, PP) 필름이 압착되고,
    상기 금속 필름의 다른 일면에, 나일론 필름이 압착된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 방열 필름은
    상기 금속 필름의 일면에, 폴리 프로필렌(polypropylene, PP) 필름이 압착되고,
    상기 금속 필름의 다른 일면에, 나일론 필름과 PET 필름이 이중 레이어 구조로 압착된 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 방열 필름은 10㎛ 내지 300㎛ 범위의 두께를 가진 필름인 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따라 히트 싱크를 제작하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 제조 방법.
  25. 제 1 항의 히트 싱크; 및
    벤트부를 갖는 적어도 하나의 배터리셀을 포함하고,
    상기 히트 싱크는 방열 필름이 상기 벤트부와 마주보게, 상기 적어도 하나의 배터리셀에 결합되어, 상기 배터리셀의 내부 발화시, 상기 배터리셀의 내부 압력이 상기 벤트부를 밀어내는 힘에 의해 상기 방열 필름이 파손되면서, 냉각 유로를 유동하는 냉각수가 상기 배터리셀로 흘러 내리게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 방열 케이스는 유로홈이 마련되게 진공 성형되고,
    상기 유로홈은 상기 냉각수가 지그 재그 형태로 유동가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 방열 케이스는 0.3mm 내지 20mm 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 히트 싱크는
    상기 유로홈의 일측에 마련된 유입 개구를 관통하여, 상기 방열 케이스에 결합된 유입 포트; 및
    상기 유로홈의 타측에 마련된 유출 개구를 관통하여, 상기 방열 케이스에 결합된 유출 포트를 더 포함하고,
    상기 냉각수가 상기 유입 포트를 통해 상기 냉각 유로로 유입되어, 상기 냉각 유로를 따라 상기 방열 케이스의 전면적을 지그 재그 형태로 유동하면서 상기 배터리셀과 열교환하고, 상기 유출 포트를 통해 배출되게 마련된 것을 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 방열 필름은 금속 필름에 고분자 수지 필름이 압착된 필름으로, 10㎛ 내지 300㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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