KR20240044961A - Water-cooled battery pack for electric vehicle with expandable heat sink - Google Patents

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박진홍
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Abstract

본 발명에 의한 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩(100)"은 다음과 같이 구성된다.
이차전지로서 원통형인 다수의 배터리셀(110)과, 상기 배터리셀(110)을 양극(P)과 음극(N)이 노출되도록 수납하는 것으로서 냉각수(W)의 충전이 가능한 박스형의 케이스(130)와, 상기 케이스(130)의 외측면에 장착된 냉각장치(140)와, 상기 케이스(130)의 측면에 부착되어 방열 기능을 하는 확장형 방열판(160)을 포함한다.
따라서, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
외부 기온 및 차체 내부의 온도와 무관하게 배터리셀(110)을 냉각수로 강압적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 배터리셀(110)의 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있고, 수명 연장이 가능하다. 특히, 배터리셀(110)의 경우 표면에 수나사산(111)이 형성되기 때문에 표면이 밋밋한 것에 비해서, 표면적이 증가되어 더욱 효율적인 냉각이 가능하다. 따라서, 전기자동차에 가장 이상적인 배터피팩의 제공이 가능하다. The “water-cooled battery pack 100 for an electric vehicle equipped with an expandable heat sink” according to the present invention is configured as follows.
A plurality of cylindrical battery cells 110 as secondary batteries, and a box-shaped case 130 that accommodates the battery cells 110 so that the anode (P) and cathode (N) are exposed and allows charging of coolant (W). It includes a cooling device 140 mounted on the outer side of the case 130, and an expandable heat sink 160 attached to the side of the case 130 and performing a heat dissipation function.
Therefore, the following effects can be obtained.
Since the battery cell 110 can be forcibly cooled with coolant regardless of the external temperature and the temperature inside the vehicle body, the charging and discharging efficiency of the battery cell 110 can be improved and the lifespan can be extended. In particular, in the case of the battery cell 110, since male threads 111 are formed on the surface, the surface area is increased compared to a plain surface, enabling more efficient cooling. Therefore, it is possible to provide the most ideal battery pack for electric vehicles.

Figure P1020220124603
Figure P1020220124603

Description

확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩{Water-cooled battery pack for electric vehicle with expandable heat sink}Water-cooled battery pack for electric vehicle with expandable heat sink}

본 발명은 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩"에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 다수의 배터리셀이 수용된 케이스의 외측면에 확장형 방열판이 부착되고, 상기 케이스의 내부에 냉각수가 수밀 가능하도록 충전되고, 상기 케이스에 냉각장치가 장착되므로 상기 상기 확장형 방열판을 통하여 방열 효율이 향상되고, 냉각수를 냉각시켜 상기 배터리셀의 과열을 효과적으로 방지하여 배터리셀의 효율 향상 및 수명 연장이 가능한 것을 특징으로 하는 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩"에 관한 것이다. The present invention relates to a "water-cooled battery pack for an electric vehicle equipped with an expandable heat sink", and more specifically, an expandable heat sink is attached to the outer surface of a case containing a plurality of battery cells, and the inside of the case is charged with coolant to make it watertight. Since a cooling device is mounted on the case, heat dissipation efficiency is improved through the extended heat sink, and overheating of the battery cell is effectively prevented by cooling the coolant, thereby improving the efficiency of the battery cell and extending the lifespan of the battery cell. It is about a “water-cooled battery pack for electric vehicles with an expandable heat sink.”

전기자동차의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 상기 이차전지는 일례로서 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬이차전지 등이 개발되어 사용되고 있다. 이중에서 리튬이차전지는 재충전 기능 외에 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서 작동 전압이 타 전지에 비해서 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 전기자동차용 배터리로 널리 사용되고 있다.As electric vehicles become lighter and more functional, much research is being conducted on secondary batteries used as power sources. Examples of the secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries, which have been developed and used. Among them, lithium secondary batteries are widely used as batteries for electric vehicles due to their advantages of being compact and large-capacity in addition to the recharge function, having a higher operating voltage and higher energy density per unit weight than other batteries.

이러한 전기자동차용 배터리는 배터리팩으로 제조되어 사용되는데, 상기 배터리팩은 각각의 상기 이차전지인 배터리셀을 하나로 합쳐 외부 환경의 물리적 충격으로부터 보호하며 대용량 전력의 충전 및 방전에 의해 전기자동차의 원활한 주행이 가능하도록 한 것이다. These batteries for electric vehicles are manufactured and used as battery packs. The battery pack combines each of the battery cells, which are secondary batteries, into one to protect against physical shock from the external environment and ensures smooth driving of the electric vehicle by charging and discharging large amounts of power. This was made possible.

그런데, 이러한 전기자동차용 배터리팩은 방전으로 인해서 열이 발생하게 되는데 이러한 방열이 지속될 경우, 충전 방전 효율이 저하되고 배터리셀의 수명이 짧아지는 문제점이 발생하였다. However, these battery packs for electric vehicles generate heat due to discharge, and if this heat dissipation continues, charging and discharging efficiency is reduced and the lifespan of the battery cell is shortened.

이러한 문제점을 해결하기 위한 전기자동차용 공랭식 배터리팩(1)의 구성을 살펴보면 다음과 같다. The configuration of the air-cooled battery pack (1) for electric vehicles to solve this problem is as follows.

도 1은 배경기술에 의한 전기자동차용 공냉식 배터리팩에 구성되는 배터리셀을 도시한 사시도이고, 도 2는 배경기술에 의한 전기자동차용 공냉식 배터리팩을 도시한 사시도로서 함께 설명한다. FIG. 1 is a perspective view showing a battery cell included in an air-cooled battery pack for an electric vehicle according to background technology, and FIG. 2 is a perspective view showing an air-cooled battery pack for an electric vehicle according to background technology, which will be explained together.

도 1에서 도시한 것처럼 충전하여 재사용이 가능한 이차전지인 배터리셀(10)과, 도 2에서처럼 상기 다수 개의 배터리셀(10)을 수납시키는 케이스(20)가 구성된다. 또한, 배터리셀(10)의 양극 및 음극을 서로 접속시켜 전원이 도통되도록 하는 도전판(30)이 구성된다. 또한, 냉각이 가능하도록 케이스(20)에는 다수 개의 홀(23)이 천공되고, 상기 홀(23) 중 어느 하나에는 팬(25)이 장착된다.As shown in FIG. 1, a battery cell 10, which is a secondary battery that can be charged and reused, and a case 20 for storing the plurality of battery cells 10 as shown in FIG. 2 are comprised. In addition, a conductive plate 30 is formed to connect the anode and cathode of the battery cell 10 to each other to ensure power conduction. In addition, a plurality of holes 23 are drilled in the case 20 to enable cooling, and a fan 25 is installed in one of the holes 23.

따라서, 전기자동차 주행 시 팬(25)이 회전하므로 외부의 공기가 홀(23)을 통해서 케이스(20)를 통과하면서 배터리셀(10)과 열교환한 후 팬(25)을 통해서 배출되므로 냉각되도록 한 것이다.Therefore, when the electric vehicle is driven, the fan 25 rotates, so that external air passes through the case 20 through the hole 23, exchanges heat with the battery cell 10, and is then discharged through the fan 25 to be cooled. will be.

그런데, 이러한 전기자동차용 공랭식 배터리팩(1)의 경우 다음과 같은 문제점이 있었다.However, in the case of this air-cooled battery pack 1 for electric vehicles, there were the following problems.

첫째, 여름철에는 차량 외부의 더운 공기가 유입되기 때문에 냉각 효율이 저조한 문제점이 있었다. First, there was a problem of low cooling efficiency in the summer because hot air from outside the vehicle was introduced.

둘째, 차량 주행 시 차량 외부의 공기가 모터를 통과하면서 데워진 상태로 상기 케이스를 통과하기 때문에 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. Second, there was a problem of low cooling efficiency because the air outside the vehicle passed through the motor and the case in a warm state when the vehicle was driven.

따라서, 제대로 냉각 기능을 발휘하지 못하므로 배터리셀(10)의 충전 방전 효율이 저하되고, 배터리셀의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다. Therefore, since the cooling function is not properly exercised, the charging and discharging efficiency of the battery cell 10 is reduced and the lifespan of the battery cell is shortened.

(문헌1) 한국 실용신안공개 제20-1999-0026429호(1999년 07월 15일)(Document 1) Korean Utility Model Publication No. 20-1999-0026429 (July 15, 1999)

본 발명에 의한 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩"을 통해서 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.The problems to be solved through the "water-cooled battery pack for electric vehicles equipped with an expandable heat sink" according to the present invention are as follows.

첫째, 여름철에는 차량 외부의 더운 공기가 유입되기 때문에 냉각 효율이 저조한 문제점을 해결하고자 한다. First, we want to solve the problem of low cooling efficiency in the summer due to the influx of hot air from outside the vehicle.

둘째, 차량 주행 시 차량 외부의 공기가 모터를 통과하면서 데워진 상태로 상기 케이스를 통과하기 때문에 냉각 효율이 떨어지는 문제점을 해결하고자 한다.Second, we want to solve the problem of low cooling efficiency because the air outside the vehicle passes through the motor and the case in a warmed state when the vehicle is driven.

따라서, 제대로 냉각 기능을 발휘하지 못하므로 배터리셀의 충전 방전 효율 이 저하되고, 배터리셀의 수명이 짧아지는 문제점을 해결하고자 한다. Therefore, it is intended to solve the problem that the charging and discharging efficiency of the battery cell is reduced and the lifespan of the battery cell is shortened because the cooling function is not properly exercised.

본 발명에 의한 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩"은 상기 과제를 해결하기 위해서 다음과 같이 구성된다. The “water-cooled battery pack for electric vehicles equipped with an expandable heat sink” according to the present invention is configured as follows to solve the above problems.

이차전지로서 원통형인 다수의 배터리셀과, 상기 배터리셀을 수납하는 것으로서 냉각수의 충전이 가능한 박스형의 케이스와, 상기 케이스의 측면에 장착된 냉각장치와, 상기 케이스의 측면에 부착되어 방열 기능을 하는 확장형 방열판을 포함하고, 상기 확장형 방열판은, 상기 측면에 부착되는 것으로서 열전도가 가능한 금속재의 방열판과, 상기 방열판의 외측면에 다수가 연결된 것으로서, 열전도가 가능한 금속재의 코일스프링을 포함한다. A secondary battery comprising a plurality of cylindrical battery cells, a box-shaped case capable of storing the battery cells and charging coolant, a cooling device mounted on the side of the case, and a heat dissipation function attached to the side of the case. It includes an extended heat sink, wherein the expanded heat sink includes a heat sink made of a metal material capable of conducting heat, which is attached to the side, and a plurality of coil springs made of a metal material capable of conducting heat, which are connected to the outer surface of the heat sink in large numbers.

또한, 상기 배터리셀은 수밀이 가능하도록 상기 케이스를 상하방으로 통과하도록 구성되고,In addition, the battery cell is configured to pass upward and downward through the case to enable watertightness,

상기 냉각장치는,The cooling device,

상기 케이스의 외측면에 냉각면이 부착된 열전소자와, 상기 열전소자의 방열면에 부착된 것으로서 방열핀이 형성된 방열블록과, 상기 방열블록에 부착된 팬을 포함한다.It includes a thermoelectric element with a cooling surface attached to the outer surface of the case, a heat dissipation block attached to the heat dissipation surface of the thermoelectric element and formed with heat dissipation fins, and a fan attached to the heat dissipation block.

또한, 상기 배터리셀이 수밀 가능하도록 상기 케이스에 장착되는 구성으로서, 상기 배터리셀의 둘레 표면에 형성된 수나사산과, 상기 수나사산이 체결되도록 상기 케이스의 상부와 하부에 각각 천공된 상부탭홀 및 하부탭홀과, 상기 배터리셀의 상부 및 하부가 각각 끼워져서, 상기 케이스의 상면 및 하면에 각각 안착되는 상부패킹 및 하부패킹과, 상기 배터리셀의 상부 및 하부에 각각 체결되어 상기 상부패킹 및 하부패킹을 압착시키는 상부너트 및 하부너트를 포함한다.In addition, the battery cell is mounted on the case so as to be watertight, and includes male threads formed on the peripheral surface of the battery cell, and upper and lower tap holes respectively drilled in the upper and lower parts of the case to fasten the male threads. And, the upper and lower packings are respectively inserted into the upper and lower packings of the battery cells, respectively, and are respectively seated on the upper and lower surfaces of the case, and the upper and lower packings are respectively fastened to the upper and lower parts of the battery cells to compress the upper and lower packings. Shiki includes an upper nut and a lower nut.

또한, 상기 배터리셀의 표면에서 상기 상부탭홀, 하부탭홀 및 상기 상부너트, 하부너트에 체결되는 부위에 감겨져 수밀 기능을 하는 테이프를 포함한다.In addition, it includes a tape that is wound around a portion fastened to the upper tab hole, lower tab hole, upper nut, and lower nut on the surface of the battery cell and has a watertight function.

또한, 상기 배터리셀의 상단에서 양극 둘레를 따라 형성된 돌출부와, 상기 돌출부에 형성된 홈을 포함한다. Additionally, it includes a protrusion formed along the circumference of the anode at the top of the battery cell, and a groove formed in the protrusion.

본 발명에 의한 "확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩"은, 상기 해결수단에 의해서 다음과 같은 효과가 있다. The “water-cooled battery pack for an electric vehicle equipped with an expandable heat sink” according to the present invention has the following effects through the above solution.

외부 기온 및 차체 내부의 온도와 무관하게 배터리셀을 냉각수로 강압적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 배터리셀의 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있고, 수명 연장이 가능하다.Since the battery cells can be forcibly cooled with coolant regardless of the external temperature and the temperature inside the vehicle body, the charging and discharging efficiency of the battery cell can be improved and the lifespan can be extended.

또한, 배터리셀의 경우 표면에 수나사산이 형성되기 때문에 표면이 밋밋한 것에 비해서, 표면적이 증가되어 더욱 효율적인 냉각이 가능하다. Additionally, in the case of battery cells, male threads are formed on the surface, which increases the surface area compared to a plain surface, enabling more efficient cooling.

또한, 상기 수나사산으로 인해서 상부탭홀과 하부탭홀에 체결되고, 상부패킹 및 하부패킹, 상부너트 및 하부너트에 의해서 체결되는 구조에 의해 수밀 가능한 구조가 가능하다. In addition, a watertight structure is possible by being fastened to the upper tap hole and lower tap hole due to the male thread, and fastened by the upper packing, lower packing, upper nut, and lower nut.

또한, 배터리셀의 상면에 공구를 이용하여 용이하게 돌릴 수 있도록 홈이 형성되기 때문에 케이스에 형성된 상부탭홀 및 하부탭홀에 정방향으로 돌려 용이하게 체결시킬 수도 있고, 역방향으로 돌려 용이하게 이탈시킬 수도 있다. In addition, since a groove is formed on the upper surface of the battery cell so that it can be easily turned using a tool, it can be easily fastened to the upper and lower tab holes formed in the case by turning in the forward direction, or can be easily removed by turning in the reverse direction.

또한, 냉각장치가 작동되지 않는 정상 상태에서는 상기 확장형 방열판을 통해서 베터리셀(110)에서 발생하는 열을 효율적으로 방열시킬 수 있다. 즉, 방열판으로 전달된 열은 상기 코일스프링으로 전달되는데, 이때 방열판의 전체면으로도 방열되지만 코일스프링을 통해서 방열이 확장되는 효과가 있다. 특히, 코일스프링은 다수회 감겨진 형상이므로 부피를 줄이면서도 외기와의 접촉면적을 향상시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다. Additionally, in a normal state in which the cooling device is not operating, heat generated from the battery cell 110 can be efficiently dissipated through the extended heat sink. In other words, the heat transferred to the heat sink is transferred to the coil spring. At this time, heat is dissipated from the entire surface of the heat sink, but the heat dissipation is expanded through the coil spring. In particular, since the coil spring has a shape that is wound multiple times, heat dissipation efficiency can be improved by reducing the volume and improving the contact area with external air.

따라서, 전기자동차에 가장 이상적인 배터피팩의 제공이 가능하다. Therefore, it is possible to provide the most ideal battery pack for electric vehicles.

도 1은 배경기술에 의한 전기자동차용 공냉식 배터리팩에 구성되는 배터리셀을 도시한 사시도이다.
도 2는 배경기술에 의한 전기자동차용 공냉식 배터리팩을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩을 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 F-F'선을 따라 횡방향으로 절단한 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩에서 확장형 방열판이 분리된 것을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩에서 이해를 돕기 위해 도전판을 생략한 것으로서, 배터리셀이 분리된 것을 도시한 분해사시도.
도 7은 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩에 수용되는 배터리셀을 도시한 사시도. Figure 1 is a perspective view showing a battery cell included in an air-cooled battery pack for an electric vehicle according to background technology.
Figure 2 is a perspective view showing an air-cooled battery pack for an electric vehicle according to background technology.
Figure 3 is a perspective view showing a water-cooled battery pack for an electric vehicle equipped with an expandable heat sink according to the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing a state cut in the transverse direction along line F-F' of Figure 3.
Figure 5 is a perspective view showing the expanded heat sink separated from the water-cooled battery pack for an electric vehicle equipped with the expanded heat sink according to the present invention.
Figure 6 is an exploded perspective view of the water-cooled battery pack for an electric vehicle according to the present invention, with the conductive plate omitted to facilitate understanding, showing the battery cells separated.
Figure 7 is a perspective view showing a battery cell accommodated in a water-cooled battery pack for an electric vehicle according to the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings. However, this is not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives to the embodiments of this document. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Additionally, expressions such as “first,” “second,” etc. used in this document may modify various components regardless of order and/or importance, and may be used to distinguish one component from another component. It is only used and does not limit the corresponding components. For example, 'first part' and 'second part' may refer to different parts, regardless of order or importance. For example, a first component may be renamed a second component without departing from the scope of rights described in this document, and similarly, the second component may also be renamed to the first component.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Additionally, the terms used in this document are merely used to describe specific embodiments and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field described in this document. Among the terms used in this document, terms defined in general dictionaries may be interpreted to have the same or similar meaning as the meaning they have in the context of related technology, and unless clearly defined in this document, have an ideal or excessively formal meaning. It is not interpreted as In some cases, even terms defined in this document cannot be interpreted to exclude embodiments of this document.

이하, 첨부되는 도면과 함께 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명, 전기자동차용 수냉식 배터리팩(100)의 상세한 실시예를 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, a detailed embodiment of the water-cooled battery pack 100 for an electric vehicle according to the present invention for solving the above problems will be described along with the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 F-F'선을 따라 횡방향으로 절단한 상태를 도시한 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명에 의한 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩에서 확장형 방열판이 분리된 것을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩에서 이해를 돕기 위해 도전판을 생략한 것으로서, 배터리셀이 분리된 것을 도시한 분해사시도이며, 도 7은 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩에 수용되는 배터리셀을 도시한 사시도이다. Figure 3 is a perspective view showing a water-cooled battery pack for an electric vehicle equipped with an expanded heat sink according to the present invention, and Figure 4 is a cross-sectional view showing a state cut in the horizontal direction along line F-F' of Figure 3. In addition, Figure 5 is a perspective view showing the expanded heat sink separated from the water-cooled battery pack for an electric vehicle configured with the expandable heat sink according to the present invention, and Figure 6 is a diagram showing the water-cooled battery pack for an electric vehicle according to the present invention to aid understanding. It is an exploded perspective view showing the battery cells separated, omitting the plate, and Figure 7 is a perspective view showing the battery cells accommodated in the water-cooled battery pack for an electric vehicle according to the present invention.

이차전지로서 원통형인 다수의 배터리셀(110)이 구성되고, 배터리셀(110)을 양극(P)과 음극(N)이 노출되도록 수납하는 것으로서 냉각수(W)의 충전이 가능한 사각 박스형의 케이스(130)가 구성되며, 케이스(130)의 측면에 장착되어 냉각수(W)를 냉각시키는 냉각장치(140)가 구성된다. 또한, 배터리셀(110)의 양극(P)과 음극(N)에 상호 연결되어 전원을 도통시키는 도전판(120)이 구성된다. 또한, 상기 케이스(130)의 측면에 부착되어 방열 기능을 하는 확장형 방열판(160)이 구성된다. As a secondary battery, a plurality of cylindrical battery cells 110 are configured, and the battery cells 110 are stored so that the positive electrode (P) and negative electrode (N) are exposed, and a square box-shaped case ( 130) is configured, and a cooling device 140 is installed on the side of the case 130 to cool the coolant (W). In addition, a conductive plate 120 is formed that is interconnected to the anode (P) and cathode (N) of the battery cell 110 to conduct power. In addition, an expandable heat sink 160 is attached to the side of the case 130 and functions as a heat dissipator.

또한, 배터리셀(110)은, 도 4 및 도 5에서처럼, 상하방으로 각각 양극(P)과 음극(N)이 노출되고 수밀이 가능하도록, 케이스(130)를 상하방으로 통과하도록 구성된다. In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, the battery cell 110 is configured to pass through the case 130 in an upward and downward direction so that the positive electrode (P) and the negative electrode (N) are exposed upward and downward, respectively, and are watertight.

또한, 상기 확장형 방열판(160)은 측면에 부착되는 것으로서 열전도가 가능한 금속재의 방열판(163)이 구성되는데, 구리, 은, 알루미늄 등으로 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 방열판(163)의 외측면에 다수가 연결된 것으로서, 열전도가 가능한 금속재의 코일스프링(165)이 구성되는데, 구리, 은, 알루미늄 등으로 형성된 것일 수 있다. In addition, the extended heat sink 160 is attached to the side and includes a heat sink 163 made of a metal material capable of conducting heat, and may be made of copper, silver, aluminum, or the like. In addition, a plurality of coil springs 165 are connected to the outer surface of the heat sink 163 and are made of a metal material capable of conducting heat, and may be formed of copper, silver, aluminum, etc.

또한, 상기 방열판(163)은 방열 효과를 향상시키기 위해서 케이스(130)의 측면에 점용접 내지는 볼팅에 의해서 밀착되도록 한다. 상기 점용접의 경우는 전기를 이용한 스폿용접으로서 가급적이면 다수의 지점에 용접하도록 하여 밀착 면적이 증가하도록 하여 방열 효과가 향상되도록 한다. In addition, the heat sink 163 is adhered to the side of the case 130 by spot welding or bolting to improve the heat dissipation effect. In the case of the above spot welding, it is a spot welding using electricity and is welded at as many points as possible to increase the contact area and improve the heat dissipation effect.

또한, 상기 코일스프링(165)은 상기 방열판(163)의 방열이 확장되도록 하는 것으로서 외기와의 접촉면적이 향상되어 방열 효율이 향상되도록 한다. 코일스프링(165)은 둥글게 말려 있기 때문에 부피를 줄이면서 외기와의 접촉면적을 향상시킬 수 있도록 한다. In addition, the coil spring 165 expands the heat dissipation of the heat sink 163, thereby improving the contact area with external air and improving heat dissipation efficiency. Since the coil spring 165 is rolled up, it reduces the volume and improves the contact area with the outside air.

상기 배터리셀(110)이 수밀 가능하도록 케이스(130)에 장착되는 구성을 살펴보면 다음과 같다. The configuration in which the battery cell 110 is mounted on the case 130 so as to be watertight is as follows.

도 4, 도 6, 도 7에서처럼, 배터리셀(110)의 둘레 표면에 수나사산(111)이 형성되고, 상기 수나사산(111)이 체결되도록 상기 케이스(130)의 상부와 하부에 각각 천공된 상부탭홀(135) 및 하부탭홀(137)이 형성된다. As shown in FIGS. 4, 6, and 7, male threads 111 are formed on the peripheral surface of the battery cell 110, and the male threads 111 are perforated at the top and bottom of the case 130 to be fastened, respectively. An upper tap hole 135 and a lower tap hole 137 are formed.

또한, 배터리셀(110)을 용이하게 돌려서 상부탭홀(135) 및 하부탭홀(137)에 체결시킬 수 있도록, 상기 배터리셀(110)의 상단에서 양극(P) 둘레를 따라 돌출부(K)가 형성되고, 상기 돌출부(K)에 홈(G)이 단일 또는 다수 개 형성된다. 따라서, 드라이버 등의 공구를 상기 홈(G)에 끼워서 용이하게 돌려서 체결시킬 수 있도록 구성된다. In addition, a protrusion K is formed along the perimeter of the anode P at the top of the battery cell 110 so that the battery cell 110 can be easily rotated and fastened to the upper tab hole 135 and lower tab hole 137. And, a single or multiple grooves (G) are formed in the protrusion (K). Therefore, it is configured so that a tool such as a driver can be inserted into the groove (G) and easily turned to fasten.

또한, 배터리셀(110)의 상부 및 하부가 각각 끼워져서, 상기 케이스(130)의 상면 및 하면에 각각 안착되는 링 형상의 상부패킹(113) 및 하부패킹(114)이 구성된다. 또한, 배터리셀(110)의 상부 및 하부에 각각 체결되어 상기 상부패킹(113) 및 하부패킹(114)을 압착시키는 상부너트(115) 및 하부너트(117)가 구성된다. In addition, the upper and lower parts of the battery cell 110 are respectively inserted to form a ring-shaped upper packing 113 and lower packing 114 that are respectively seated on the upper and lower surfaces of the case 130. In addition, an upper nut 115 and a lower nut 117 are respectively fastened to the upper and lower parts of the battery cell 110 to compress the upper packing 113 and lower packing 114.

또한, 상기 배터리셀(110)의 표면에서 상기 상부탭홀(135), 하부탭홀(137) 및 상기 상부너트(115), 하부너트(117)에 체결되는 부위에 감겨져 수밀 기능을 하는 테이프(도시하지 않음)가 구성되는데 일례로 테프론 테이프가 가능하다. 또한, 케이스(130)에 냉각수(W)를 공급 및 배수할 수 있도록 측방에 관(131)이 연결되고 관(131)을 마감하는 캡(133)이 구성된다. 상기 관(131)과 캡(133)은 일례로서 상호 나선결합에 의해서 체결된 것일 수 있다. In addition, a tape (not shown) that is wound around the surface of the battery cell 110 and fastened to the upper tab hole 135, lower tab hole 137, upper nut 115, and lower nut 117 and has a watertight function. (not included) is composed, for example, Teflon tape is possible. In addition, a pipe 131 is connected to the side to supply and drain the coolant (W) to the case 130, and a cap 133 is formed to close the pipe 131. As an example, the tube 131 and the cap 133 may be coupled to each other by spiral coupling.

상기 냉각장치(140)의 구성을 도 4 내지 도 6와 함께 살펴보면 다음과 같다. The configuration of the cooling device 140 is as follows when looking at FIGS. 4 to 6.

케이스(130)의 외측면에 냉각면(C)이 부착된 열전소자(141)가 구성된다. 상기 열전소자(141)는 판상의 것으로서 전원의 도통에 의해서 일측면은 냉각면(C)이 되고 상대측면은 방열면(H)이 되는 것으로서 당해업자라면 누구나 알 수 있는 사항이기에 자세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 열전소자(141)의 방열면(H)에 부착된 것으로서 방열핀(144)이 형성된 방열블록(143)이 구성되고, 방열블록(143)에 팬(145)이 부착되어 구성된다.A thermoelectric element 141 with a cooling surface C attached to the outer surface of the case 130 is formed. The thermoelectric element 141 is plate-shaped, and when the power is applied, one side becomes a cooling surface (C) and the other side becomes a heat dissipation surface (H). Since this is a matter known to anyone skilled in the art, a detailed description will be omitted. . In addition, a heat dissipation block 143 with heat dissipation fins 144 is attached to the heat dissipation surface H of the thermoelectric element 141, and a fan 145 is attached to the heat dissipation block 143.

이상, 살펴본 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩(100)의 수밀 기능과 냉각 과정을 살펴보면 다음과 같다.The watertight function and cooling process of the water-cooled battery pack 100 for an electric vehicle according to the present invention described above are as follows.

본 발명에 의하면 도 6에서처럼 배터리셀(110)이 케이스(130)를 상하방으로 관통하고, 상방으로 배터리셀(110)의 양극(P)이 노출되며, 하방으로 음극(N)이 노출된다. 또한, 냉각수(W)의 누수가 방지되도록 배터리셀(110)의 표면에 수나사산(111)이 형성되고, 상기 수나사산(111)이 각각 상부탭홀(135)과 하부탭홀(137)에 체결되는데, 배터리셀(110)에 수밀이 가능한 테이프(도시하지 않음), 일례로 테프론 테이프를 감은 후에 체결하므로 일차적으로 누수를 차단하도록 한다. 이때, 상기 돌출부(K)에 형성된 홈(G)에 드라이버 등의 공구를 삽입시켜서 용이하게 회전시킬 수 있기 때문에 정방향(잠겨지는 방향)으로 돌려서 체결시킬 수도 있고, 유지보수를 목적으로 역방향(풀리는 방향)으로 돌려서 이탈시킬 수도 있다. According to the present invention, as shown in FIG. 6, the battery cell 110 penetrates the case 130 upward and downward, the positive electrode (P) of the battery cell 110 is exposed upward, and the negative electrode (N) is exposed downward. In addition, a male thread 111 is formed on the surface of the battery cell 110 to prevent leakage of coolant (W), and the male thread 111 is fastened to the upper tap hole 135 and the lower tap hole 137, respectively. , Watertight tape (not shown), for example, Teflon tape, is wrapped around the battery cell 110 and then fastened, thereby primarily preventing water leakage. At this time, since the protrusion K can be easily rotated by inserting a tool such as a driver into the groove G formed on the protrusion K, it can be fastened by turning it in the forward direction (locking direction), or in the reverse direction (unlocking direction) for maintenance purposes. ) can also be turned to remove it.

다음으로, 배터리셀(110)의 상하부가 각각 상부패킹(113)과 하부패킹(115)에 끼워지고, 각가 상부너트(115)와 하부너트(117)가 배터리셀(110)의 수나사산(111)에 체결되어 상부패킹(113)과 하부패킹(115)을 압축하므로 재차 누수가 차단되도록 한다. 이때, 배터리셀(110)에서 각각 상부너트(115)와 하부너트(117)에 대응되는 부위에도 상기 테이프가 감겨지므로 수밀이 가능하도록 한다.Next, the upper and lower parts of the battery cell 110 are inserted into the upper packing 113 and the lower packing 115, respectively, and the upper nut 115 and lower nut 117 are connected to the external thread 111 of the battery cell 110. ) is fastened to compress the upper packing (113) and lower packing (115) to prevent water leakage again. At this time, the tape is also wrapped around the parts corresponding to the upper nut 115 and the lower nut 117 in the battery cell 110, so that watertightness is possible.

이상, 본 발명에 의하면 배터리셀(110)의 양극(P)과 음극(N)이 케이스(130)의 상하방으로 각각 노출된 상태에서 수밀이 가능한 구조로 케이스(130)에 체결될 수 있다. 따라서, 양극(P)과 음극(N)에 상호 접속되어 전류를 흐르게 하는 도전판(120)의 구성이 가능하다. As described above, according to the present invention, the positive electrode (P) and negative electrode (N) of the battery cell 110 can be fastened to the case 130 in a watertight structure while being exposed to the upper and lower sides of the case 130, respectively. Therefore, it is possible to configure the conductive plate 120 that is interconnected to the anode (P) and the cathode (N) to allow current to flow.

이 상태에서 방전되는 경우, 각각의 배터리셀(110)에서는 열이 발생하게 된다. 그러면, 상기 열전소자(141)와 팬(145)에 전원을 공급하므로, 케이스(130)에 부착된 냉각면(C)이 차가와지고, 방열면(H)에서 발생한 열은 방열블록(143)으로 전달되게 한다. 이때, 팬(145)에 의해서 공기가 방열블록(143)의 방열핀(144) 사이를 통과하게 되므로 열교환되어 냉각면(C)의 냉각 효율이 향상되도록 한다.When discharged in this state, heat is generated in each battery cell 110. Then, since power is supplied to the thermoelectric element 141 and the fan 145, the cooling surface (C) attached to the case 130 becomes cold, and the heat generated from the heat dissipation surface (H) is transferred to the heat dissipation block 143. It is transmitted to . At this time, air passes between the heat dissipation fins 144 of the heat dissipation block 143 by the fan 145, so that heat is exchanged and the cooling efficiency of the cooling surface C is improved.

따라서, 케이스(130)에 충전된 냉각수(W)가 강압적으로 냉각된다. 이때, 냉각수(W)는 대류 현상에 의해서 순환하면서 골고루 냉각된다.Accordingly, the coolant W charged in the case 130 is forcibly cooled. At this time, the cooling water (W) circulates and cools evenly by the convection phenomenon.

이 경우, 배터리셀(110)은 표면에 수나사산(111)이 형성되므로 표면적이 밋밋한 일반 형상에 비해서 증가하게 되므로 냉각 효율이 더욱 향상됨은 물론이다.In this case, since the external thread 111 is formed on the surface of the battery cell 110, the surface area is increased compared to a plain shape, so of course, cooling efficiency is further improved.

또한, 상기 냉각장치(140)가 작동되지 않는 정상 상태에서는 상기 확장형 방열판(160)을 통해서 베터리셀(110)에서 발생하는 열을 효율적으로 방열시킬 수 있다. 즉, 방열판(163)으로 전달된 열은 상기 코일스프링(165)으로 전달되는데, 이때 방열판(163)의 전체면으로도 방열되지만 코일스프링(165)을 통해서 방열이 확장되는 효과가 있다. 특히, 코일스프링(165)은 다수회 감겨진 형상이므로 부피를 줄이면서도 외기와의 접촉면적을 향상시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다. Additionally, in a normal state in which the cooling device 140 is not operating, heat generated from the battery cell 110 can be efficiently dissipated through the extended heat sink 160. That is, the heat transferred to the heat sink 163 is transferred to the coil spring 165. At this time, heat is dissipated from the entire surface of the heat sink 163, but the heat dissipation is expanded through the coil spring 165. In particular, since the coil spring 165 has a shape in which it is wound multiple times, heat dissipation efficiency can be improved by improving the contact area with external air while reducing the volume.

이상, 살펴본 본 발명에 의한 전기자동차용 수냉식 배터리팩(100)은 외부 기온 및 차체 내부의 온도와 무관하게 배터리셀(110)을 냉각수로 강압적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 배터리셀(110)의 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있고, 수명 연장이 가능하다. 따라서, 전기자동차에 가장 이상적인 배터피팩의 제공이 가능하다. As described above, the water-cooled battery pack 100 for an electric vehicle according to the present invention can forcibly cool the battery cells 110 with coolant regardless of the external temperature and the temperature inside the vehicle body, so that the battery cells 110 can be charged and Discharge efficiency can be improved and lifespan can be extended. Therefore, it is possible to provide the most ideal battery pack for electric vehicles.

100: 전기자동차용 수냉식 배터리팩
110: 배터리셀
111: 수나사산
113: 상부패킹
114: 하부패킹
115: 상부너트
117: 하부너트
120: 도전판
130: 케이스
131: 관
133: 캡
135: 상부탭홀
137: 하부탭홀
140: 냉각장치
141: 열전소자
143: 방열블록
144: 방열핀
145: 팬
160: 확장형 방열판
163: 방열판
165: 코일스프링
P: 양극
N: 음극
W: 냉각수
C: 냉각면
H: 방열면
K: 돌출부
G: 홈100: Water-cooled battery pack for electric vehicles
110: battery cell
111: Male thread
113: Upper packing
114: Lower packing
115: Upper nut
117: Lower nut
120: Challenge version
130: case
131: Coffin
133: cap
135: Upper tap hole
137: Lower tap hole
140: Cooling device
141: thermoelectric element
143: Heat dissipation block
144: Heat dissipation fin
145: fan
160: Extended heat sink
163: heat sink
165: Coil spring
P: anode
N: cathode
W: coolant
C: cooling surface
H: Heat dissipation surface
K: protrusion
G: Home

Claims (4)

이차전지로서 원통형인 다수의 배터리셀(110)과,
상기 배터리셀(110)을 양극(P)과 음극(N)이 노출되도록 수납하는 것으로서 냉각수(W)의 충전이 가능한 박스형의 케이스(130)와,
상기 케이스(130)의 측면에 장착된 냉각장치(140)와,
상기 케이스(130)의 측면에 부착되어 방열 기능을 하는 확장형 방열판(160)을 포함하고,
상기 확장형 방열판(160)은,
상기 측면에 부착되는 것으로서 열전도가 가능한 금속재의 방열판(163)과,
상기 방열판(163)의 외측면에 다수가 연결된 것으로서, 열전도가 가능한 금속재의 코일스프링(165)을 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩.
A plurality of cylindrical battery cells 110 as secondary batteries,
A box-shaped case 130 that stores the battery cell 110 so that the anode (P) and cathode (N) are exposed and can be charged with coolant (W),
A cooling device 140 mounted on the side of the case 130,
It includes an expandable heat sink 160 attached to the side of the case 130 and performing a heat dissipation function,
The extended heat sink 160 is,
A heat sink 163 made of a metal material capable of conducting heat and attached to the side surface,
A water-cooled battery pack for an electric vehicle configured with an expandable heat sink, characterized in that it is connected to the outer surface of the heat sink (163) and includes a coil spring (165) made of metal capable of conducting heat.
 제1항에 있어서,
상기 배터리셀(110)은, 양극(P)과 음극(N)이 노출되고 수밀이 가능하도록, 상기 케이스(130)를 상하방으로 통과하도록 구성되고,
상기 냉각장치(140)는,
상기 케이스(130)의 외측면에 냉각면(C)이 부착된 열전소자(141)와,
상기 열전소자(141)의 방열면(H)에 부착된 것으로서 방열핀(144)이 형성된 방열블록(143)과,
상기 방열블록(143)에 부착된 팬(145)을 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩.
According to paragraph 1,
The battery cell 110 is configured to pass up and down through the case 130 so that the positive electrode (P) and negative electrode (N) are exposed and watertight,
The cooling device 140,
A thermoelectric element 141 with a cooling surface C attached to the outer surface of the case 130,
A heat dissipation block 143 attached to the heat dissipation surface (H) of the thermoelectric element 141 and formed with heat dissipation fins 144,
A water-cooled battery pack for an electric vehicle configured with an expandable heat sink, characterized in that it includes a fan (145) attached to the heat dissipation block (143).
 제2항에 있어서,
상기 배터리셀(110)이 수밀 가능하도록 상기 케이스(130)에 장착되는 구성으로서,
상기 배터리셀(110)의 둘레 표면에 형성된 수나사산(111)과,
상기 수나사산(111)이 체결되도록 상기 케이스(130)의 상부와 하부에 각각 천공된 상부탭홀(135) 및 하부탭홀(137)과,
상기 배터리셀(110)의 상부 및 하부가 각각 끼워져서, 상기 케이스(130)의 상면 및 하면에 각각 안착되는 상부패킹(113) 및 하부패킹(114)과,
상기 배터리셀(110)의 상부 및 하부에 각각 체결되어 상기 상부패킹(113) 및 하부패킹(114)을 압착시키는 상부너트(115) 및 하부너트(117)를 포함하고,
상기 배터리셀(110)의 표면에서 상기 상부탭홀(135), 하부탭홀(137) 및 상기 상부너트(115), 하부너트(117)에 체결되는 부위에 감겨져 수밀 기능을 하는 테이프(도시하지 않음)를 포함하고,
상기 배터리셀(110)의 표면에서 상기 상부탭홀(135), 하부탭홀(137) 및 상기 상부너트(115), 하부너트(117)에 체결되는 부위에 감겨져 수밀 기능을 하는 테이프(도시하지 않음)를 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩.
According to paragraph 2,
A configuration in which the battery cell 110 is mounted on the case 130 so as to be watertight,
A male thread 111 formed on the peripheral surface of the battery cell 110,
An upper tap hole 135 and a lower tap hole 137 respectively drilled in the upper and lower parts of the case 130 to fasten the male thread 111, and
The upper and lower parts of the battery cell 110 are respectively inserted into the upper packing 113 and the lower packing 114, which are respectively seated on the upper and lower surfaces of the case 130,
It includes an upper nut 115 and a lower nut 117 that are respectively fastened to the upper and lower parts of the battery cell 110 to compress the upper packing 113 and lower packing 114,
A tape (not shown) that is wound on the surface of the battery cell 110 and fastened to the upper tab hole 135, lower tab hole 137, upper nut 115, and lower nut 117 and has a watertight function. Including,
A tape (not shown) that is wound on the surface of the battery cell 110 and fastened to the upper tab hole 135, lower tab hole 137, upper nut 115, and lower nut 117 and has a watertight function. A water-cooled battery pack for an electric vehicle configured with an expandable heat sink, comprising:
 제3항에 있어서,
상기 배터리셀(110)의 상단에서 양극(P) 둘레를 따라 형성된 돌출부(K)와,
상기 돌출부(K)에 형성된 홈(G)을 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 방열판이 구성된 전기자동차용 수냉식 배터리팩. According to paragraph 3,
A protrusion (K) formed along the perimeter of the anode (P) at the top of the battery cell 110,
A water-cooled battery pack for an electric vehicle configured with an expandable heat sink, characterized in that it includes a groove (G) formed in the protrusion (K).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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