KR20240041134A - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20240041134A
KR20240041134A KR1020220120293A KR20220120293A KR20240041134A KR 20240041134 A KR20240041134 A KR 20240041134A KR 1020220120293 A KR1020220120293 A KR 1020220120293A KR 20220120293 A KR20220120293 A KR 20220120293A KR 20240041134 A KR20240041134 A KR 20240041134A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery pack
cooling passage
battery
passage portion
cooling
Prior art date
Application number
KR1020220120293A
Other languages
English (en)
Inventor
김정민
김수길
최형민
유승용
강민주
Original Assignee
인지컨트롤스 주식회사
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 인지컨트롤스 주식회사 filed Critical 인지컨트롤스 주식회사
Priority to KR1020220120293A priority Critical patent/KR20240041134A/ko
Priority to PCT/KR2023/014481 priority patent/WO2024063594A1/ko
Publication of KR20240041134A publication Critical patent/KR20240041134A/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
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • 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
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • 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
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 팩 단위의 히트싱크를 구성함으로써 배터리 팩 제조의 조립성을 향상시키고, 경량화를 구현할 수 있는 배터리 팩에 관한 것으로, 복수의 배터리 모듈이 배치된 배터리 팩; 상기 배터리 팩의 상면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 상부 냉각유로부가 형성된 상부 히트싱크; 및 상기 배터리 팩의 하면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 하부 냉각유로부가 형성된 하부 히트싱크;를 포함하는, 배터리 팩.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 배터리 팩 단위의 히트싱크를 구성함으로써 배터리 팩 제조의 조립성을 향상시키고, 경량화를 구현할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 응용되고 있다. 현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
전기 자동차에 적용되는 대용량 배터리의 경우, 일반적으로 복수의 배터리 셀(Cell)들이 하나의 프레임에 조립됨으로써, 외부의 충격 및 진동 등으로부터 보호하는 배터리 모듈(Battery Module)에 냉각 시스템, BMS(Battery management System) 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착한 배터리 팩(Battery Pack)의 형태로 자동차에 탑재된다.
한편, 배터리 팩은 충방전 과정에서 발열하는데, 온도가 너무 오르면 효율이 저하하기 때문에, 발생하는 열을 냉각하기 위해서 배터리 모듈에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치가 장착되어야 한다.
그러나, 종래의 냉각장치는 배터리 모듈 단위에 장착되는 구조를 가지고 있어 조립성, 생산성 측면에서 문제가 있으므로 이를 해결하기 위한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 해결 과제는, 배터리 냉각 장치를 배터리 팩 단위로 구성하여 조립성 및 생산성을 향상시키는데 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈이 배치된 배터리 팩; 상기 배터리 팩의 상면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 상부 냉각유로부가 형성된 상부 히트싱크; 및 상기 배터리 팩의 하면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 하부 냉각유로부가 형성된 하부 히트싱크;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 'ㄷ'자 유로를 포함하여 서로 동일한 형태로 구성되며, 기준 라인을 중심으로 서로 마주보도록 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 냉각유체의 흐름 방향을 기준으로 이웃하는 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 연결유로로 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 연결유로는 상기 기준 라인 방향을 따라 일자 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부 각각은 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나 이상을 냉각하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 상기 냉각유체가 흐르는 제1 굴곡부와 상기 제1 굴곡부 사이에 형성된 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리 모듈에는 배터리 셀을 고정시킬 수 있는 고정부가 형성되고, 상기 제2 굴곡부는 상기 고정부가 삽입될 수 있는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 고정부는 바(bar) 형태의 스트랩인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 냉각유로부의 두께는 상기 상부 냉각유로부의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 하나의 유입구와 연결되고, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부와 하나의 유출구와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 냉각유로부에 연결된 유입구 및 유출구는 각각 상부 유입포트 및 상부 유출포트에 연결되고, 상기 하부 냉각유로부에 연결된 유입구 및 유출구는 각각 하부 유입포트 및 하부 유출포트에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 상부 유입포트 및 하부 유입포트는 서로 연결되어 하나의 유입포트로 구성되고, 상기 상부 유출포트 및 하부 유출 포트는 서로 연결되어 하나의 유출포트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리 모듈의 상면과 상기 상부 히트싱크 사이에는 패드 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 패드 타입의 갭필러는 상기 배터리 모듈의 상면 중 일정 영역에만 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리 모듈의 상면 중 상기 패드 타입의 갭필러가 위치하지 않는 영역에는 젤 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 모듈의 각 하면과 상기 하부 히트싱크 사이에는 젤 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈이 배치된 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩의 상면 또는 하면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 복수의 냉각유로부가 형성된 히트싱크;를 포함하고, 상기 냉각유로부는 상기 냉각유체가 흐르는 제1 굴곡부와 상기 제1 굴곡부 사이에 형성된 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제1 굴곡부는 제1 폭을 가지고 있고, 상기 제2 굴곡부는 제2 폭을 가지고 있되, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제1 굴곡부는 제1 높이를 가지고 있고, 상기 제2 굴곡부는 제2 높이를 가지고 있되, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히트싱크가 배터리 팩 단위로 구성되므로, 배터리 팩 제조시 조립성이 개선되고, 양산성 확보가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리 팩의 상부 및 하부에 히트싱크가 장착되므로 배터리 셀에서 발생된 열이 상부와 하부로 전달되어 냉각효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 및 하부 히트싱크의 구성이 간단하고, 냉각유체가 흐르는 유출입 포트의 개수가 적어 냉각유체 파이프 파손으로 인한 누설 위험성을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 히트싱크와 배터리 모듈 사이에는 패드 타입의 갭필러를 사용함으로써 젤 타입 갭필러 도포 면적 축소에 따른 배터리 팩 중량 및 작업 시간을 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈 조립부의 상면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 A-A'라인을 따라 절단하여 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 히트싱크에 형성된 상부 냉각유로부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈 조립부의 상면에 패드 타입의 갭필러가 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 Y부분을 확대한 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 B-B'라인을 따라 절단하여 바라본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유입 및 유출포트의 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유입 및 유출포트의 상태를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈 조립부의 상면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈 조립부(110) 및 히트싱크를 포함한다.
배터리 모듈 조립부(110)는 케이스(111)내에 배터리 모듈(114)을 수용한다. 배터리 모듈(114)은 복수의 배터리 셀(112)들이 적층된 배터리 셀 어셈블리를 포함한다.
케이스(111) 내에는 복수 개의 배터리 모듈(114)이 서로 일정 간격 떨어져 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 도 2에는 12개의 배터리 모듈(114)이 3 x 4의 형태로 배열되어 있으나, 배터리 모듈(114)의 개수 및 배치 형태는 필요한 용량 또는 설계 목적에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(114)에는 배터리 셀(112)의 적층 상태를 고정하기 위해 고정부(115)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 고정부(115)는 바(bar) 형태의 스트랩(strap)으로 형성될 수 있다. 고정부(115)는 적층된 배터리 셀(112)의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다. 도 3에는 3개의 고정부(115a, 115b, 115c)가 일정 간격 떨어져 위치하고 있다. 다만, 고정부(115)의 형상, 위치 및 개수 등에 제한이 있는 것은 아니다.
도 4는 도 1에 도시된 A-A'라인을 따라 절단하여 바라본 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 히트싱크에 형성된 상부 냉각유로부를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크는 상부 히트싱크(120)와 하부 히트싱크(130)를 포함한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상부 히트싱크(120)는 배터리 모듈 조립부(110)의 상면을 커버하고, 배터리 모듈(114)을 냉각시킬 수 있다. 상부 히트싱크(120)에는 그 면방향을 따라 상부 냉각유로부(122)가 형성될 수 있다.
상부 냉각유로부(122)는 냉각유체가 흐를 수 있는 유로를 가진다. 냉각유체는 냉각성이 우수한 유체가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 냉각수일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 부동액, 가스 냉매, 공기 등 다양한 유체로 구성될 수 있다.
상부 냉각유로부(122)의 폭 및 두께는 다양하게 설정될 수 있다.
상부 냉각유로부(122)는 복수 개로 형성될 수 있고, 냉각유체가 흐를 수 있도록 서로 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서 상부 냉각유로부(122)는, 가운데 기준라인(L)을 중심으로 좌측에 형성된 상부 냉각유로부(122a, 122b, 122c)와 우측에 형성된 상부 냉각유로부(122d, 122e, 122f)가 대칭 형태를 이루고 있다.
본 발명의 일 실시예에서 하나의 상부 냉각유로부(122)는 2개의 배터리 모듈(114)을 냉각하도록 구성될 수 있다. 다만, 상부 냉각유로부(122)의 개수 또는 형태는 냉각하고자 하는 배터리 모듈(114)의 개수 또는 형태에 따라 얼마든지 변경될 수 있다. 예를 들어, 어느 상부 냉각유로부(122)는 1개의 배터리 모듈을 냉각하도록 그 형태가 구성될 수 있고, 다른 상부 냉각유로부(122)는 1개 이상의 배터리 모듈을 냉각하도록 그 형태가 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 각 상부 냉각유로부(122)는 대략 'ㄷ'자 유로를 포함하여, 전체적으로 사각형 형태를 가진다. 구체적으로, 각 상부 냉각유로부(122)는 'ㄷ'자 유로가 반복되도록 형성되며, 이때 이웃하는 'ㄷ'자 유로는 마주보는 끝단 위치(E)에서 서로 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기준라인(L) 방향으로 배치된 상부 냉각유로부(122a, 122b, 122c 또는 122d, 122e, 122f)는 일정 간격(d) 떨어져 배치되며, 연결유로(123, 126)를 통해 연결된다. 이는 각 배터리 모듈(114)이 서로 떨어져 배치되는 경우를 고려한 것이다. 연결유로(123, 126)는 기준라인(L) 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기준라인(L)을 중심으로 좌측에 배치된 상부 냉각유로부(122a, 122b, 122c)와 우측에 배치된 상부 냉각유로부(122d, 122e, 122f)는 서로 마주보도록 형성된다. 서로 마주보는 어느 한 쌍의 상부 냉각유로부(122c, 122d)는 마주보는 끝단 위치(F)에서 서로 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기준라인(L)을 중심으로 좌측에 배치된 어느 하나의 상부 냉각유로부(122a)에는 냉각유체가 유입되는 유입구(127)와 연결되고, 우측에 배치된 어느 하나의 상부 냉각유로부(122f)에는 냉각유체가 유출되는 유출구(128)가 연결된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상부 유입구(127) 및 상부 유출구(128)와 연결된 각 유로와 연결유로(123, 126)는 기준라인(L)과 가깝도록 일자 형태로 배치된다.
도 5를 참조하면, 각 상부 냉각유로부(122)는 배터리 모듈(114)을 향하는 방향으로 굴곡진 제1 굴곡부(124)와, 제1 굴곡부(124)들 사이에 형성되고 제1 굴곡부(124)의 굴곡 방향과 반대 방향으로 굴곡진 제2 굴곡부(125)를 포함할 수 있다.
제1 굴곡부(124)는 냉각유체가 흐를 수 있는 유로이다. 제1 굴곡부(124)의 단면 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양하게 형성될 수 있다.
제2 굴곡부(125)는 배터리 모듈(114)의 상면 위로 돌출된 고정부(115)가 삽입될 수 있는 영역이다. 제2 굴곡부(125)는 고정부(115)가 삽입될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
제1 굴곡부(124)는 제1 폭을 가지고 있고, 제2 굴곡부(125)는 제2 폭을 가지고 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 폭은 제2 폭보다 크다.
제1 굴곡부(124)는 제1 높이를 가지고 있고, 제2 굴곡부(125)는 제2 높이를 가지고 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 높이는 제2 높이보다 크다.
물론, 제1 굴곡부(124) 및 제2 굴곡부(125)의 폭 및 높이는 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각 상부 냉각유로부(122)에는 배터리 모듈(114)에 형성된 3개의 고정부(115a, 115, 115b)가 삽입되도록, 3개의 제2 굴곡부(125a, 125b, 125c)가 형성되어 있다. 다만, 제2 굴곡부(125)의 위치 및 개수에 따라 고정부(115)의 위치 및 개수가 결정될 수 있다.
도 5를 참조하여 상부 냉각유로부(122)를 통과하는 냉각유체의 흐름을 살펴본다. 우선, 상부 유입구(127)를 통해 유입된 냉각유체는 좌측 첫 번째 상부 냉각유로부(122a)를 따라 흐른다. 이때, 냉각유체는 'ㄷ'자 유로를 따라 지그재그로 흐르게 되고, 연결유로(123)를 통해 다음 상부 냉각유로부(122b)로 이동한다. 이러한 방식으로, 냉각유체가 좌측의 상부 냉각유로부(122a, 122b, 122c)를 모두 흐르게 되면, 우측에 위치한 상부 냉각유로부(122d)로 이동한다. 연결유로(126)를 통해 우측의 상부 냉각유로부(122d, 122e, 122f)를 모두 흐른 냉각유체는 상부 유출구(128)를 통해 유출된다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 하부 히트싱크(130)는 배터리 모듈 조립부(110)의 하면을 커버하고, 배터리 모듈(114)을 냉각하기 위한 구성이다. 하부 히트싱크(130)에는 그 면방향을 따라 하부 냉각유로부(132)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 하부 냉각유로부(132)의 구성 및 기능 등은 상부 냉각유로부(122)와 동일하다. 따라서, 하부 냉각유로부(132)에 대한 내용은 상부 냉각유로부(122)에서 언급한 내용을 참조하면 통상의 기술자에게 충분히 이해될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하부 냉각유로부(132)의 유로 두께(또는 제1 굴곡부의 굴곡 정도)는 상부 냉각유로부(122)의 유로 두께(또는 제1 굴곡부의 굴곡 정도)보다 두껍게 형성될 수 있다. 이는 배터리 모듈(114)이 하부 히트싱크(130)를 누르는 힘에 따라 유로가 압축되어 냉각 효율이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈 조립부의 상면에 패드 타입의 갭필러가 배치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 Y부분을 확대한 도면이며, 도 8은 도 1에 도시된 B-B'라인을 따라 절단하여 바라본 단면도이다.
일반적으로 배터리 팩을 구현하는 과정에서 배터리 모듈과 히트싱크 사이의 에어갭을 방지하고, 배터리 모듈에서 발생되는 열을 히트싱크로 효율적으로 전달하기 위해 갭필러(Gap Filler : 간극 충전재)가 사용된다. 이러한 갭필러는 절연 기능과 배터리 팩 조립 공차를 완화하는 기능도 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 갭필러는 상부 히트싱크(120)와 배터리 모듈(114)의 상면 사이에 위치하거나 하부 히트싱크(130)와 배터리 모듈(114)의 하면 사이에 위치할 수 있다.
갭필러는 형태에 따라 패드 타입과 젤 타입으로 분류될 수 있고, 상태에 따라 고체 및 액체로 분류될 수 있다. 젤 타입의 갭필러는 연고 형태로 제공되며, 도포되는 형태가 자유로워 패드 타입의 갭패드와 대비해 낮은 면착력과 얕은 두께로도 동등한 수준의 열전도 성능을 발휘할 수 있다. 또한, 젤 타입의 갭필러는 배터리 모듈로부터 전달받은 열에 의해 액상으로 녹았다가 배터리 모듈이 냉각될 경우 액상에서 연고 또는 고체 상태로 굳어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 갭필러는 열계면 물질(Thermal Interface Material : TIM) 또는 상변환 물질(Phase Change Material : PCM)이 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 배터리 모듈(114)의 상면에는 패드 타입의 갭필러(142)가 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 어느 하나의 배터리 모듈(114)에는 2개의 고정부(115) 사이에 1개의 패드 타입의 갭필러(142)가 위치할 수 있다. 한편으로는 3개의 고정부(115) 사이에 2개의 패드 타입의 갭필러(142)가 위치할 수 있다. 바람직하게는 패드 타입의 갭필러(142)는 제1 굴곡부(124)에 대응되어 위치할 수 있다. 물론, 패드 타입의 갭필러(142)의 개수 또는 형태는 배터리 모듈(114)의 크기, 형태 또는 고정부(115)의 개수에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 패드 타입의 갭필러(142)는 배터리 모듈(114)의 상면 전체를 덮지 않을 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 패드 타입의 갭필러(142)는 배터리 모듈(114)의 상면 중 일정 영역에만 위치하고, 나머지 영역(Z1, Z2, Z3)에는 패드 타입의 갭필러(142)가 위치하지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서 나머지 영역(Z1, Z2, Z3)에는 젤 타입의 갭필러(144)가 도포될 수 있다. 여기서, 나머지 영역(Z1, Z2, Z3)은 도 8에 도시된, 고정부(115a, 115b, 115c)와 제2 굴곡부(125a, 125b, 125c)사이에 형성된 공간일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 패드 타입의 갭필러(142)는 배터리 모듈(114)의 상면 전체 영역을 덮도록 위치할 수 있다.
하부 히트싱크(130)와 배터리 모듈(114)의 하면 사이에는 젤 타입의 갭필러(144)가 도포될 수 있다. 젤 타입의 갭필러(144)는 배터리 모듈(114)의 하면 전체 영역에 도포될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유입 및 유출포트의 상태를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유입 및 유출포트의 상태를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상부 히트싱크(120)에는 유입구(127)와 연결된 상부 유입포트(152)가 형성되고, 상부 유출구(128)와 연결된 상부 유출포트(154)가 형성된다. 그리고, 하부 히트싱크(130)에는 하부 유입구와 연결된 하부 유입포트(162)와 하부 유출구와 연결된 하부 유출포트(164)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 각 포트(152, 154, 162, 164)는 분리되어 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각유체가 배터리 팩(100) 내부로 유입되도록 연결되는 2개의 유입포트(152, 162)와, 배터리 팩(100) 외부로 유출되도록 연결되는 2개의 유출포트(154, 164)가 형성된다.
한편, 도 9에는 상부 유입포트(152) 아래에 하부 유출포트(164)가 위치하고, 상부 유출포트(154) 아래에 하부 유입포트(162)가 위치하나, 상부 유입포트(152) 아래에 하부 유입포트(162)가 위치하고 상부 유출포트(154) 아래에 하부 유입포트(162)가 위치할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 상부 유입포트(152)와 하부 유입포트(162)는 연결관(171)을 통해 서로 연결되고, 연결관(171)은 통합 유입포트(182)와 연결된다. 또한, 상부 유출포트(154)와 하부 유출포트(164)는 연결관(172)을 통해 서로 연결되고, 연결관(172)은 통합 유출포트(184)와 연결된다. 여기서, 연결관(171, 172)은 상부 및 하부에 형성된 유출입 포트로 냉각유체가 흐를 수 있도록 분기하는 관이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉각유체가 배터리 팩(100) 내부로 유입되도록 연결되는 1개의 유입포트(182)와, 배터리 팩(100) 외부로 유출되도록 연결되는 1개의 유출포트(184)가 형성된다.
한편, 종래에는 배터리 팩을 냉각하기 위해 메인 유출입 포트 외에 배터리 모듈에 장착된 히트싱크와 연결된 분기 포트가 복수 개로 형성되었다. 따라서, 파이프 파손으로 인한 냉각유체의 누수 가능성이 컸으나, 본 발명에 따르면 분기 포트가 필요없고, 메인 유입 포트의 개수도 최소될 수 있으므로, 상술한 문제를 개선하는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 배터리 팩 111 : 케이스
112 : 배터리 셀 114 : 배터리 모듈
115 : 고정부 120 : 상부 히트싱크
122 : 상부 냉각유로부 124 : 제1 굴곡부
125 : 제2 굴곡부 126 : 연결유로
127 : 상부 유입구 128 : 상부 유출구
130 : 하부 히트싱크 132 : 하부 냉각유로부
142 : 패드 타입 갭필러 144 : 젤 타입 갭필러
152 : 상부 유입포트 154 : 상부 유출포트
162 : 하부 유입포트 164 : 하부 유출포트
171, 172 : 연결관 182 : 통합 유입포트
184 : 통합 유출포트

Claims (19)

  1. 복수의 배터리 모듈이 배치된 배터리 팩;
    상기 배터리 팩의 상면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 상부 냉각유로부가 형성된 상부 히트싱크; 및
    상기 배터리 팩의 하면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 냉각유체가 흐를 수 있는 복수의 하부 냉각유로부가 형성된 하부 히트싱크;를 포함하는,
    배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 'ㄷ'자 유로를 포함하여 서로 동일한 형태로 구성되며, 기준 라인을 중심으로 서로 마주보도록 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각유체의 흐름 방향을 기준으로 이웃하는 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 연결유로로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결유로는 상기 기준 라인 방향을 따라 일자 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부 각각은 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나 이상을 냉각하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 상기 냉각유체가 흐르는 제1 굴곡부와 상기 제1 굴곡부 사이에 형성된 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈에는 배터리 셀을 고정시킬 수 있는 고정부가 형성되고,
    상기 제2 굴곡부는 상기 고정부가 삽입될 수 있는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정부는 바(bar) 형태의 스트랩인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 냉각유로부의 두께는 상기 상부 냉각유로부의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부는 하나의 유입구와 연결되고, 상기 상부 냉각유로부 또는 하부 냉각유로부와 하나의 유출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로부에 연결된 유입구 및 유출구는 각각 상부 유입포트 및 상부 유출포트에 연결되고,
    상기 하부 냉각유로부에 연결된 유입구 및 유출구는 각각 하부 유입포트 및 하부 유출포트에 연결되는 것을 특징으로 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 유입포트 및 하부 유입포트는 서로 연결되어 하나의 유입포트로 구성되고,
    상기 상부 유출포트 및 하부 유출 포트는 서로 연결되어 하나의 유출포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 상면과 상기 상부 히트싱크 사이에는 패드 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 패드 타입의 갭필러는 상기 배터리 모듈의 상면 중 일정 영역에만 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 상면 중 상기 패드 타입의 갭필러가 위치하지 않는 영역에는 젤 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈의 각 하면과 상기 하부 히트싱크 사이에는 젤 타입의 갭필러가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 복수의 배터리 모듈이 배치된 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩의 상면 또는 하면을 커버하고, 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 복수의 냉각유로부가 형성된 히트싱크;를 포함하고,
    상기 냉각유로부는 냉각유체가 흐르는 제1 굴곡부와 상기 제1 굴곡부 사이에 형성된 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 배터리 팩.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부는 제1 폭을 가지고 있고, 상기 제2 굴곡부는 제2 폭을 가지고 있되, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부는 제1 높이를 가지고 있고, 상기 제2 굴곡부는 제2 높이를 가지고 있되, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
KR1020220120293A 2022-09-22 2022-09-22 배터리 팩 KR20240041134A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220120293A KR20240041134A (ko) 2022-09-22 2022-09-22 배터리 팩
PCT/KR2023/014481 WO2024063594A1 (ko) 2022-09-22 2023-09-22 배터리 팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220120293A KR20240041134A (ko) 2022-09-22 2022-09-22 배터리 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240041134A true KR20240041134A (ko) 2024-03-29

Family

ID=90483707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220120293A KR20240041134A (ko) 2022-09-22 2022-09-22 배터리 팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240041134A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101560561B1 (ko) 콤팩트한 구조와 우수한 방열 특성의 전지모듈 및 그것을 포함하는 중대형 전지팩
JP7418558B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP7353503B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
JP7442920B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20210154513A (ko) 배터리 모듈
CN115719842A (zh) 一种电池包及用电设备
JP7436125B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20210130443A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210130445A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
CN110521054B (zh) 电池模块
JP7395232B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
KR20240041134A (ko) 배터리 팩
JP7387204B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
JP2023546083A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20210133543A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
US20220359927A1 (en) Heatsink
CN114514649B (zh) 电池组及包括该电池组的装置
CN220456501U (zh) 液冷板、电池包及储能装置
CN217086745U (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
CN219371200U (zh) 电池包
CN217655931U (zh) 电池组、电动自行车、电动车辆和混合动力车辆
KR20210130658A (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
JP2023515017A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20210125938A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20210132398A (ko) 전지 팩 및 그 제어 방법