KR20240068156A

KR20240068156A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20240068156A
Application number: KR1020220149273A
Authority: KR
Inventors: 이재현; 신주환; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-05-17

Abstract

배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 내부 공간을 제공하는 케이스; 상기 내부 공간에 수용되는 복수의 배터리 셀; 그리고, 상기 케이스에 구비되고 플레이트 형상을 갖는 바디, 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 바디의 일 변을 따라 연장되며 냉각 액체가 흐르는 제1 유로 및 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 제1 유로를 따라 연장되며 냉각 기체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 히트 싱크를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.

노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.

그런데, 이와 같이 다수의 이차 전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되어 있는 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 배터리 팩의 온도가 높아지는 경우, 배터리 팩의 성능이 떨어질 수 있음은 물론이고 열적 이벤트가 발생할 가능성이 높아질 수 있다. 따라서, 배터리 팩을 냉각시킴으로써 배터리 팩의 온도를 적절히 제어하는 것이 필요하다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 냉각 효율이 향상된 히트 싱크를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립성 또는 생산성이 향상된 히트 싱크를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리 모듈로 구성되지 않고 배터리 셀이 직접적으로 장착되는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 내부 공간을 제공하는 케이스; 상기 내부 공간에 수용되는 복수의 배터리 셀; 그리고, 상기 케이스에 구비되고 플레이트 형상을 갖는 바디, 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 바디의 일 변을 따라 연장되며 냉각 액체가 흐르는 제1 유로 및 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 제1 유로를 따라 연장되며 냉각 기체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 히트 싱크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 케이스는: 바닥판; 그리고, 상기 바닥판에서 돌출되는 둘레벽을 포함하고, 상기 바디는, 상기 바닥판의 하면에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크는, 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크는, 균질한 재질로 구성될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크는, 압출 가공으로 제조될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크의 상기 일 변에 수직한 단면들은 동일한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 유로 또는 상기 제2 유로는, 상기 바디를 관통할 수 있다.

또한, 상기 제2 유로는, 상기 제1 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 유로는: 상기 제1 유로의 일측에 형성된 제1 서브유로; 상기 제1 유로의 타측에 형성된 제2 서브유로; 그리고, 상기 제1 유로의 아래에 형성되고 상기 제1 서브유로와 상기 제2 서브유로를 연통시키는 제3 서브유로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크는, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 구획하는 구획부; 그리고, 상기 구획부에서 돌출되고 상기 제2 유로 내부에 위치하는 방열핀을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 액체의 흐름과 상기 냉각 기체의 흐름은 대향류일 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩은, 상기 냉각 액체를 공급하는 펌프; 그리고, 상기 냉각 기체를 공급하는 팬을 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 냉각 효율이 향상된 히트 싱크를 구비하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 조립성 또는 생산성이 향상된 히트 싱크를 구비하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리 모듈로 구성되지 않고 배터리 셀이 직접적으로 장착되는 배터리 팩을 제공할 수 있다.

이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 히트 싱크의 일부를 확대한 도면이다.
도 4는 도 2의 절단선 A-A'에 대한 단면의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)이 추가 구성을 구비하는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 히트 싱크의 내부에 냉각 액체 및 냉각 기체가 흐르는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)이 추가 구성을 구비하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 유로바를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 12는 복수의 히트 싱크를 포함하는 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 대한 단면 구성의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다. 다만, 도 2에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 케이스(100), 복수의 배터리 셀(300) 및 히트 싱크(400)를 포함할 수 있다.

케이스(100)는 내부 공간을 제공하도록 구성될 수 있다. 케이스(100)는 복수의 배터리 셀(300)의 외부 중 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 또한, 케이스(100)는 내부 공간을 한정하고, 그러한 내부 공간에 복수의 배터리 셀(300)을 수납하도록 구성될 수 있다. 이러한 케이스(100)의 적어도 일 측에는 팩 단자가 제공될 수 있다. 이러한 팩 단자는, 배터리 팩(1000)에 대하여 외부의 충전 장치 내지 방전 장치와 전원을 주고 받을 수 있는 단자로서 기능할 수 있다. 케이스(100)는 상부의 적어도 일부가 개방된 직육면체 형상을 가질 수 있다.

복수의 배터리 셀(300)은 케이스(100)가 제공하는 내부 공간에 수용되도록 구성될 수 있다. 여기서 각각의 배터리 셀(300)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 배터리 셀(300)은, 전극 조립체, 전해액(전해질) 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 이 때, 배터리 셀(300)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)은 충전 또는 방전이 이루어지는 동안 열을 발생시킬 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)은 열원으로서 기능할 수 있다.

복수의 배터리 셀(300)은 배터리 모듈(200)을 구성할 수 있다. 배터리 모듈(200)은 하나 이상의 배터리 셀(300)을 구비하여 에너지를 저장 및 방출하도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(200)은 배터리 팩(1000)에 다수 포함될 수 있다. 특히, 배터리 팩(1000)의 용량 및/또는 출력 등의 향상을 위해, 배터리 모듈(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1000)에 다수 포함되도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 히트 싱크(400)의 일부를 확대한 도면이다. 도 4는 도 2의 절단선 A-A'에 대한 단면의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 다만, 도 3에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 히트 싱크(400)는 바디(430), 바디(430)에 형성된 제1 유로(431) 및 바디(430)에 형성된 제2 유로(432)를 포함할 수 있다.

바디(430)는 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 바디(430)는 케이스(100)에 구비될 수 있다. 바디(430)는 케이스(100)와 함께 배터리 팩(1000)의 외관을 형성하도록 구성될 수 있다. 또한, 바디(430)는 케이스(100)의 내부 공간을 커버할 수 있다. 예를 들어, 케이스(100)는 하부가 개방되도록 구성될 수 있고, 바디(430)는 배터리 팩(1000)의 베이스 플레이트일 수 있다.

또한, 바디(430)는 케이스(100)의 내부 공간을 구획하도록 구성된 격벽(900)과 체결 또는 결합될 수 있다. 격벽(900)은 복수의 배터리 모듈(200) 사이에 위치될 수 있다.

또한, 케이스(100)는 내부 공간을 커버하도록 구성되는 커버(120)를 추가로 구비할 수 있다. 커버(120)는 둘레벽(110)의 상부에 결합 또는 체결될 수 있다.

바디(430)는 둘레벽(110)과 체결될 수 있다. 둘레벽은(110) 바디(430)의 상측에 체결 또는 결합될 수 있다. 또한, 둘레벽(110)은 바디(430)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 또는, 둘레벽(110)은 바디(430)의 상면에서 상부로 돌출되도록 구성될 수 있다.

제1 유로(431)는 바디(430)의 내부에 형성되도록 구성될 수 있다. 제1 유로(431)는 바디(430)의 일 변(edge) 또는 Y축 방향을 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 유로(431)의 단면은 원형일 수 있다. 이 때, 냉각 액체는 제1 유로(431)를 흐를 수 있다. 예를 들어, 냉각 액체는 물일 수 있다. 또한, 제1 유로(431)는 복수로 형성되도록 구성될 수 있다. 복수의 제1 유로(431)는 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 유로(431)는, 바디(430)의 연장 방향에 수직하는 수평 방향, 이를테면 X축 방향을 따라, 나란히 배열될 수 있다.

제2 유로(432)는 바디(430)의 내부에 형성되도록 구성될 수 있다. 제2 유로(432)는 제1 유로(431)를 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 또는, 제2 유로(432)는 바디(430)의 일 변 또는 Y축 방향을 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 이 때, 냉각 기체는 제2 유로(432)를 흐를 수 있다. 예를 들어, 냉각 기체는 공기일 수 있다. 또한, 제2 유로(432)는 복수로 형성되도록 구성될 수 있다. 복수의 제2 유로(432)는 나란히 배열될 수 있다. 바디(430)에 형성된 제1 유로(431)의 개수와 제2 유로(432)의 개수는 동일할 수 있다. 또한, 바디(430)에 형성된 제1 유로(431) 와 제2 유로(432)는 일대일로 대응되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩(1000)은 액체와 기체에 의해 냉각될 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)로부터 발생한 열은 제1 유로(431)를 흐르는 냉각 액체로 전달될 수 있다. 또한, 이와 동시에 복수의 배터리 셀(300)로부터 발생한 열은 제2 유로(432)를 흐르는 냉각 기체로 전달될 수 있다. 종래의 배터리 팩이 액체 또는 기체 중 어느 하나에 의해서만 냉각되는 것과 대비할 때, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)의 냉각 기능 또는 냉각 효율은 종래의 배터리 팩(1000)의 그것 보다 우수할 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)의 구조는 단순해지도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 히트 싱크(400)의 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)가 배터리 팩(1000)의 베이스 플레이트로 기능함으로써, 배터리 팩(1000)의 구조는 단순해지도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩(1000)의 생산성이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 히트 싱크(400)는 일체로 형성될 수 있다. 히트 싱크(400)는 여러 부품의 조립이나 결합으로 제조되는 것이 아니고, 하나의 파트로 제조될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)의 생산성이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 히트 싱크(400)는 균질한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크(400)는 균질한 금속 재질로 구성될 수 있다. 이 때, 히트 싱크(400)는 케이스(100)와 같은 재질로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)의 냉각 효과는 히트 싱크(400)의 모든 부분에 걸쳐 비교적 균등하게 발생될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 히트 싱크(400)는 바디(430)의 일 변에 수직한 단면들이 동일한 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 유로(431)의 방향에 대해 수직한 방향을 따라 히트 싱크(400)의 단면들은 동일한 형상을 가질 수 있다. 또는, 제2 유로(432)의 방향에 대해 수직한 방향을 따라 히트 싱크(400)의 단면들은 동일한 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 유로(431)의 직경 또는 제2 유로(432)의 직경은 일정하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 히트 싱크(400)는 압출 가공으로 제조될 수 있다. 히트 싱크(400)가 압출 가공으로 제조됨으로써, 히트 싱크(400)는 일체로 형성될 수 있고, y축 방향에 수직한 단면들은 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 히트 싱크(400)가 압출 가공으로 제조됨으로써, 히트 싱크(400)는 균질한 재질로 구성될 수 있다. 히트 싱크(400)는 제1 유로(431)의 형성 방향 또는 제2 유로(432)의 형성 방향 또는 y축 방향으로 압출되어 제조될 수 있다. 히트 싱크(400)가 압출 가공으로 제조된 경우, 제1 유로(431) 또는 제2 유로(432)를 형성하기 위한 별도의 공정이 생략될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)의 생산성이 향상될 수 있다. 종래의 히트 싱크가 여러 파트의 접합, 용접, 체결로 제조되는 것과 대비할 때, 본 발명에 따른 히트 싱크(400)의 제조 공정은 종래의 히트 싱크의 그것 보다 단순하고 효율적일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 제1 유로(431) 또는 제2 유로(432)는 바디(430)를 관통하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크(400)가 압출 가공으로 제조된 경우, 제1 유로(431) 또는 제2 유로(432)는 바디(430)를 관통할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 유로(431) 또는 제2 유로(432)는 히트 싱크(400)의 일 단으로부터 타 단까지 형성될 수 있고, 히트 싱크(400)의 냉각 효과는 히트 싱크(400)의 모든 부분에 걸쳐 비교적 균등하게 발생될 수 있다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 제2 유로(432)는 제1 유로(431)의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 유로(432)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유로(431)의 좌우 측부 및 하부를 둘러싸는 형태를 가질 수 있다.

히트 싱크(400)는 제1 유로(431)와 제2 유로(432)를 구획하는 구획부(410)를 포함할 수 있다. 이로 인해, 제1 유로(431)를 흐르는 냉각 액체(l)와 제2 유로(432)를 흐르는 냉각 기체(g) 사이에 열교환이 이루어질 수 있다. 동시에, 제1 유로(431)의 냉각 액체(l)와 제2 유로(432)의 냉각 기체(g)는 각각 배터리 셀(300)의 열을 흡수할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 셀(300)로부터 방출된 열이 배터리 팩(1000)의 외부로 빠져나갈 때까지의 열교환 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 히트 싱크(400)의 냉각 효과 또는 냉각 효율이 증가될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 제2 유로(432)는 제1 서브유로(432a), 제2 서브유로(432b) 및 제3 서브유로(432c)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 서브유로(432a)는 제1 유로(431)의 일측에 형성될 수 있다. 제2 서브유로(432b)는 제1 유로(431)의 타측에 형성될 수 있다. 즉, 제1 유로(431)는 제1 서브유로(432a)와 제2 서브유로(432b) 사이에 위치되도록 구성될 수 있다. 제3 서브유로(432c)는 제1 서브유로(432a)와 제2 서브유로(432b)를 연통시킬 수 있다. 제1 서브유로(432a) 또는 제2 서브유로(432b)는 제1 유로(431)와 열교환하는 동시에, 배터리 모듈(200)에 구비된 배터리 셀(300)로부터 발생된 열을 흡수할 수 있다. 제3 서브유로(432c)는 제1 유로(431)와 열교환 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 히트 싱크(400)를 흐르는 냉각 액체(l)의 흐름과 냉각 기체(g)의 흐름은 대향류(counterflow)일 수 있다. 예를 들어, 냉각 액체(l)는 후방을 향하여 +Y축 방향으로 흐르고, 냉각 기체(g)는 전방을 향하여 -Y축 방향으로 흐를 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 냉각 액체와 냉각 기체가 같은 방향으로 흐르는 경우(parallel flow) 대비 히트 싱크(400)의 냉각 효과 또는 냉각 효율이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)이 추가 구성을 구비하는 것을 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 히트 싱크(400)의 내부에 냉각 액체(l) 및 냉각 기체(g)가 흐르는 것을 나타낸 도면이다. 다만, 도 5에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 냉각 액체(l)를 공급하는 펌프(600)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 배터리 팩(1000)은 펌프(600)와 유체 연결되는 유로 시스템(500)을 포함할 수 있다. 유로 시스템(500)은 냉각 액체(l)를 복수의 제1 유로(431)에 공급하기 위한 포트(510) 및 파이프(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 포트(510)는 복수로 형성될 수 있고 각각 제1 유로(431)의 입구에 구비 또는 결합될 수 있다. 파이프(520)는 복수의 포트(510)를 모아 유입구(530)를 형성하도록 구성될 수 있다. 또한, 포트(510)는 각각 제1 유로(431)의 출구에 구비 또는 결합될 수 있다. 파이프(520)는 복수의 포트(510)를 모아 배출구(540)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 펌프(600)가 공급하는 냉각 액체(l)는 파이프(520)가 형성하는 유입구(530)로 주입되어 포트(510)를 통해 제1 유로(431)에 각각 유입되고, 제1 유로(431)를 따라 히트 싱크(400)를 통과하며 배터리 셀(300)로부터 발생된 열을 흡수할 수 있다. 또한, 냉각 액체(l)는 히트 싱크(400)를 통과하며 제2 유로(432)에 흐르는 냉각 기체(g)와 열 교환할 수 있다. 히트 싱크(400)를 통과한 냉각 액체(l)는 포트(510)를 통해 제1 유로(431)로부터 유출되고, 파이프(520)가 형성하는 배출구(540)로 배출될 수 있다. 여기서, 배출된 냉각 액체(l)는 펌프(600)를 통해 다시 제1 유로(431)로 공급될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 냉각 액체(l)는 펌프(600)에 의해 제1 유로(431)를 반복해서 흐를 수 있고, 배터리 셀(300)로부터 발생된 열을 흡수할 수 있다. 펌프(600)는 냉각 액체(l)의 유속을 조절하도록 구성될 수 있고, 냉각 액체(l)의 유속에 따라 냉각 효과가 조절될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)이 추가 구성을 구비하는 것을 나타낸 도면이다. 다만, 도 7에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 냉각 기체(g)를 공급하는 팬(700, fan)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 팬(700)이 공급하는 냉각 기체(g)는 외기일 수 있다. 이에 따라, 팬(700)이 공급하는 냉각 기체(g)는 제2 유로(432) 각각에 유입되고, 제2 유로(432)를 따라 히트 싱크(400)를 통과하며 배터리 셀(300)로부터 발생된 열을 흡수할 수 있다. 동시에 냉각 기체(g)는 제1 유로(431)를 흐르는 냉각 액체(l)와 열교환 할 수 있다.

히트 싱크(400)를 통과한 냉각 기체(g)는 제2 유로(432)로부터 배출될 수 있다. 여기서, 배출된 냉각 기체(g)는 팬(700)을 통해 다시 제2 유로(432)로 공급하여 냉각 기체(g)를 순환시키도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팬(700)은 냉각 기체(g)의 유속을 조절할 수 있고, 냉각 기체(g)의 유속에 따라 냉각 효과가 조절될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)을 나타낸 사시도이다. 도 9는 본 발명의 유로바를 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 절단선 B-B'에 대한 단면 구성의 일부를 나타낸 도면이고, 도 8의 (b)는 유로바의 사시도이다. 다만, 도 8에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 유로바(800, flow path bar)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 유로바(800)는 내부에 복수의 냉각 액체(l) 유로 및 냉각 기체(g) 유로가 형성될 수 있고 각각의 유로와 연결되고 냉각 액체(l) 배출구(831)와 냉각 기체(g) 배출구(832)가 형성된 포트(830)를 포함하도록 구성될 수 있다. 포트(830)는 각각 제1 유로(431) 및 제2 유로(432)에 삽입, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다. 또한, 유로바(800)는 냉각 액체(l)가 흐르는 다수의 유로와 연결되는 제1 유입구(810)가 형성되도록 구성될 수 있다. 또한, 유로바(800)는 냉각 기체(g)가 흐르는 다수의 유로와 연결되는 제2 유입구(820)가 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 유입구(810)는 펌프(600)와 연결될 수 있고, 제2 유입구(820)는 팬(700)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 펌프(600)가 공급하는 냉각 액체(l)는 유로바(800)의 제1 유입구(810)로 주입되어 포트(830)의 제1 배출구(831)를 통해 제1 유로(431)에 각각 유입될 수 있다. 또한, 이에 따라, 팬(700)이 공급하는 냉각 기체(g)는 유로바(800)의 제2 유입구(820)로 주입되어 포트(830)의 제2 배출구(832)를 통해 제2 유로(432)에 각각 유입될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유로바(800)가 히트 싱크(400)에 결합됨으로써 냉각 액체(l)와 냉각 기체(g)가 흐르는 유로의 구성이 단순해질 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩(1000)의 부피 또는 무게가 감소될 수 있다. 또한, 이로 인해, 배터리 팩(1000)의 조립성이 향상될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 10은 도 2의 A-A'에 대한 단면의 일부 구성에 대한 변형 예라 할 수 있다. 다만, 도 10에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트 싱크(400)는 구획부(410)와 방열핀(420)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 구획부(410)는 제1 유로(431)와 제2 유로(432)를 구획하도록 구성될 수 있다. 방열핀(420)은 구획부(410)에서 돌출되고 제2 유로(432)의 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한, 방열핀(420)은 구획부(410)의 둘레를 따라 복수로 형성될 수 있다.

히트 싱크(400)가 압출 가공으로 제조 되는 경우, 구획부(410) 또는 방열핀(420)은 제1 유로(431) 또는 제2 유로(432)를 따라 길게 연장되도록 구성될 수 있다. 또한, 구획부(410) 또는 방열핀(420)은 히트 싱크(400)의 제조 과정에서 바디(435)와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 유로(431)와 제2 유로(432)의 열교환 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 제1 유로(431)와 제2 유로(432) 사이의 열교환 효율이 증가될 수 있고, 배터리 셀(300)로부터 발생되는 열이 보다 빠르게 냉각될 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다. 다만, 도 11에 대해서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1000)의 내부 구성 중 적어도 일부에 대해 점선으로 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 케이스(100)는 바닥판(130) 및 둘레벽(110)을 포함하도록 구성될 수 있다. 바닥판(130)은 배터리 팩(1000)의 베이스 플레이트로 기능할 수 있다.

둘레벽(110)은 바닥판(130)에서 돌출되도록 구성될 수 있다. 둘레벽(110)과 바닥판(130)은 내부 공간을 형성하도록 구성될 수 있다. 복수의 배터리 셀(300) 또는 복수의 배터리 모듈(200)은 둘레벽(110)과 바닥판(130)이 형성하는 내부 공간에 수용되도록 구성될 수 있다. 또한, 케이스(100)는 내부 공간을 커버하도록 구성되는 커버(120)를 추가로 구비할 수 있다. 커버(120)는 둘레벽(110)의 상부에 결합 또는 체결될 수 있다.

이 때, 히트 싱크(400)의 바디(430)는 바닥판(130)의 하면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 히트 싱크(400)는 케이스(100)의 바닥판(130)과 체결 또는 결합될 수 있다. 배터리 셀(300)로부터 발생된 열은 바닥판(130)과 히트 싱크(400)를 통해 외부로 방열될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크(400)는 바닥판(130)을 구비한 배터리 팩(1000)에 선택적으로 채택될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1000)의 냉각기능의 보강이 필요한 경우, 본 발명의 히트 싱크(400)가 배터리 팩(1000)에 장착되어 냉각기능을 향상시킬 수 있다.

도 12는 복수의 히트 싱크(400)를 포함하는 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 복수의 히트 싱크(400)를 구비할 수 있다. 배터리 팩(1000)은 제1 히트 싱크(400)를 포함할 수 있고, 제1 히트 싱크(400)의 아래에 제2 히트 싱크(400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 히트 싱크(400)는 제1 히트 싱크(400)의 하면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 이 때, 제1 히트 싱크(400)의 유로가 형성된 방향과 제2 히트 싱크(400)의 유로가 형성된 방향은 교차 또는 직교되도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리 팩(1000)은 3개 이상의 히트 싱크(400)를 포함할 수 있고, 히트 싱크(400)는 다층구조를 형성하도록 적층될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩(1000)에 구비된 히트 싱크(400) 수는 선택적으로 채택될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1000)의 냉각기능의 보강이 필요한 경우, 본 발명의 히트 싱크(400)가 배터리 팩(1000)에 복수로 장착되어 냉각기능을 향상시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다. 도 14는 도 13에 대한 단면 구성의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 15는 도 13의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 13 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 복수의 배터리 셀(300)은 바닥판(130)과 둘레벽(110)이 형성하는 내부공간에 수용, 장착, 결합 또는 체결되도록 구성될 수 있다. 이 때, 복수의 배터리 셀(300)은 배터리 모듈로 구성되지 않을 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)은 케이스(100)에 직접 수용, 장착, 결합 또는 체결될 수 있다.

복수의 배터리 셀(300)은 소정의 수로 구성되어 하나의 배터리 유닛을 형성할 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)이 형성하는 배터리 유닛은 프런트 플레이트(320), 리어 플레이트(330), 사이드 플레이트(310)로 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 10개의 배터리 셀(300)이 하나의 배터리 유닛으로 구성되어 프런트 플레이트(320), 리어 플레이트(330), 사이드 플레이트(310)로 둘러싸일 수 있다. 이 때, 복수의 배터리 셀(300)의 하부와 상부는 개방된 형태일 수 있다. 사이드 플레이트(310)는 복수의 배터리 셀(300)의 전극을 전기적으로 연결하는 버스바로서 기능할 수 있다. 프런트 플레이트(320)와 리어 플레이트(330)는 복수의 배터리 셀(300)을 정렬, 지지 또는 고정시킬 수 있다.

격벽(900)은 케이스(100)가 제공하는 내부공간을 복수의 공간으로 구획할 수 있다. 예를 들어, 격벽(900)은 케이스(100)가 제공하는 내부공간을 전후 방향 또는 Y축 방향으로 구획할 수 있다. 배터리 유닛은 복수로 구성되어 케이스(100)가 제공하는 내부공간에 수용될 수 있다. 복수의 배터리 유닛은 전후 또는 좌우 방향으로 배열될 수 있다. 복수의 배터리 유닛 중 전후 방향으로 이웃하는 배터리 유닛의 프런트 플레이트(320)와 리어 플레이트(330)는 서로 맞물릴 수 있다. 이 때, 맞물린 프런트 플레이트(320)와 리어 플레이트(330)는 케이스(100)의 내부공간을 좌우 방향 또는 X축 방향으로 구획하는 격벽으로서 기능할 수 있다.

접착부재(440)는 바닥판(130)의 상면에 형성 또는 배치될 수 있다. 또는, 접착부재(440)는 복수의 배터리 셀(300)과 바닥판(130) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 접착부재(440)는 레진 또는 열 전도성을 가진 레진(thermal conductive resin)으로 구성될 수 있다. 접착부재(440)는 복수의 배터리 셀(300)을 바닥판(130)에 고정, 결합 또는 부착시킬 수 있다. 복수의 배터리 셀(300)로부터 발생된 열은 접착부재(440)를 통해 히트 싱크(400)로 전달될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(300)로부터 발생된 열은 제1 유로(431)를 흐르는 냉각 액체(l)와 제2 유로(432)를 흐르는 냉각 기체(g)를 통해 열교환 될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩(1000)의 구성부품이 감소될 수 있고, 배터리 팩(100)의 무게가 감소될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩(1000)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩(1000)의 구조가 단순해질 수 있고, 배터리 팩(1000)의 생산성이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차는 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 팩(1000) 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 케이스
110: 둘레벽
120: 커버
130: 바닥판
200: 배터리 모듈
300: 배터리 셀
310: 사이드 플레이트
320: 프런트 플레이트
330: 리어 플레이트
400: 히트 싱크
410: 구획부
420: 방열핀
430: 바디
431: 제1 유로
432: 제2 유로
432a: 제1 서브유로
432b: 제2 서브유로
432c: 제3 서브유로
440: 접착부재
500: 유로 시스템
510: 포트
520: 파이프
530: 유입구
540: 배출구
600: 펌프
700: 팬
800: 유로바
810: 제1 유입구
820: 제2 유입구
830: 포트
831: 제1 배출구
832: 제2 배출구
900: 격벽
1000: 배터리 팩
l: 냉각 액체
g: 냉각 기체

Claims

내부 공간을 제공하는 케이스;
상기 내부 공간에 수용되는 복수의 배터리 셀; 그리고,
상기 케이스에 구비되고 플레이트 형상을 갖는 바디, 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 바디의 일 변을 따라 연장되며 냉각 액체가 흐르는 제1 유로 및 상기 바디의 내부에 형성되고 상기 제1 유로를 따라 연장되며 냉각 기체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 히트 싱크를 포함하는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 케이스는:
바닥판; 그리고,
상기 바닥판에서 돌출되는 둘레벽을 포함하고,
상기 바디는,
상기 바닥판의 하면에 접촉되는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 히트 싱크는,
일체로 형성되는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 히트 싱크는,
균질한 재질로 구성되는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 히트 싱크는,
압출 가공으로 제조되는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 히트 싱크의 상기 일 변에 수직한 단면들은 동일한 형상을 갖는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 제1 유로 또는 상기 제2 유로는,
상기 바디를 관통하는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 제2 유로는,
상기 제1 유로의 적어도 일부를 둘러싸는 배터리 팩.
제8 항에 있어서,
상기 제2 유로는:
상기 제1 유로의 일측에 형성된 제1 서브유로;
상기 제1 유로의 타측에 형성된 제2 서브유로; 그리고,
상기 제1 유로의 아래에 형성되고 상기 제1 서브유로와 상기 제2 서브유로를 연통시키는 제3 서브유로를 포함하는 배터리 팩.
제8 항에 있어서,
상기 히트 싱크는,
상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 구획하는 구획부; 그리고,
상기 구획부에서 돌출되고 상기 제2 유로 내부에 위치하는 방열핀을 더 포함하는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,
상기 냉각 액체의 흐름과 상기 냉각 기체의 흐름은 대향류인 배터리 팩.
제10 항에 있어서,
상기 냉각 액체를 공급하는 펌프; 그리고,
상기 냉각 기체를 공급하는 팬을 더 포함하는 배터리 팩.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.