KR20240133824A - 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치에 관한 것으로, 본 발명은 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면과 하면의 양면에 대해 동일한 냉각기능을 발휘할 수 있도록 하여 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈 중 최상측 배터리모듈의 상측 또는 최하측 배터리모듈의 하측에 설치할 수 있음은 물론이거니와, 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 한편, 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있으며, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임으로 구성되어 하부냉각판과 상부냉각판의 둘레 및 중앙격벽겸유로프레임과 유체이동가이드프레임 등을 일체로 브레이징처리하여 제작함으로써 제작이 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면과 하면의 양면에 대해 동일한 냉각기능을 발휘할 수 있도록 하여 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈 중 최상측 배터리모듈의 상측 또는 최하측 배터리모듈의 하측에 설치할 수 있음은 물론이거니와, 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 한편, 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있으며, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임으로 구성되어 하부냉각판과 상부냉각판의 둘레 및 중앙격벽겸유로프레임과 유체이동가이드프레임 등을 일체로 브레이징처리하여 제작함으로써 제작이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치에 관한 것이다.
전기에너지를 반복적으로 저장하고 공급하는 2차 전지는 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야를 넘어서 근래에는 에너지 저장 시스템(ESS), 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)의 동력원으로 사용되고 있다.
특히, 현재 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이나 전기 자동차(EV) 등에 널리 사용되는 2차 전지는 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 분류될 수 있는데, 이러한 2차 전지는 하나의 단위 셀당 대략 25V 내지 42V의 출력 전압으로 충방전을 반복하게 된다.
따라서, 더욱 높은 출력 전압과 전력 용량이 요구되는 경우, 여러 개의 배터리셀을 연결하여 배터리모듈을 구성하거나 이러한 배터리모듈을 다시 직,병렬로 연결하고 기타 회로를 추가하여 고출력의 배터리팩을 구성하게 된다.
이때, 배터리팩을 높은 집적도로 적층이 가능하고 용량 대비 경량인 각형 또는 파우치형 배터리셀 등을 이용하여 구성하는 경우, 반복적인 충전과 방전, 과충전이나 과방전, 제조 결함, 고온에서의 방치, 외부 충격 등과 같은 다양한 원인에 의해 배터리셀 자체가 발열하며 외피가 부풀어 오르는 팽윤(swellg) 현상이 발생하게 된다.
특히, 임계 온도를 넘어 배터리셀이 지속적으로 발열하게 되면, 내부 전해질 물질이 인화성 가스로 기화되며 내부 분리막의 손상과 함께 양극과 음극 간의 단락을 촉발하는 문제가 발생할 수 있다.
위와 같이 내부 분리막의 손상에 따른 단락은, 배터리셀의 온도를 더욱 상승시키며 가스의 발생을 더욱 촉발하여 배터리셀의 폭발과 함께 외부로 가스를 분출시키고, 인접한 배터리셀을 급속히 가열하여 연쇄적인 열폭주 현상을 유발하게 된다.
상술한 바와 같은 열폭주 현상은, 배터리셀 전체에 대한 화재나 폭발과 같은 안전사고로 이어질 수 있기 때문에, 복수의 배터리셀을 밀폐된 내부에 수납, 보호하는 배터리모듈은, 온도, 충전상태, 전압 등을 모니터링하고 최적의 온도로 제어하는 시스템과 함께 운용되고 있다.
배터리모듈의 냉각을 통한 온도 제어와 관련하여, 특허문헌 1(한국공개특허 제10-2013-0033597호 2013.04.04. 공개.)은 냉각유로의 단면적이 증대되고, 냉각 유로가 균일하게 형성되어 방열 성능이 우수하고, 단위전지의 충방전 반복시에 단위전지가 부피 팽창과 수축을 반복할 경우에도 냉각유로의 표면이 단위전지의 표면과 떨어지지 않고 접촉 상태를 유지하며, 외부로부터 충격을 받았을 때 그 충격이 입체적으로 흡수되도록 하여 가해진 충격에 의한 단위전지의 변형이나 손상, 파손을 최소화하며 강성을 증가시키는 이차 전지 모듈에 대한 기술을 개시하고 있다.
더욱이, 상기와 같은 배터리모듈에 대해 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용시 수직 및 수평방향으로 다수 개로 적층 설치될 때 냉각을 위한 장치로서, 종래에는 배터리모듈의 충전 및 방전 등으로 인해 발생하는 발열에 대하여, 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 유로를 형성하여 유로 중앙부분에 대해 격벽부재를 내설하여 격벽을 기준으로 유입된 냉각유체를 순환시켜 배출되도록 하는 냉각장치가 다수 개로 적층 설치되는 다수 개의 배터리모듈 중 최하측에 배치되는 배터리모듈의 하면이나 최상측에 배치되는 배터리모듈의 최상측 상면에 밀착되어 배터리모듈의 냉각을 위해 사용되고 있었다.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 배터리모듈용 냉각장치는 냉각유체의 순환을 위해 유로를 형성하는 격벽부분에 대해 냉각유체가 흐르지 않아 냉각면적이 협소화되면서 냉각성능이 저하되는 문제가 있으며, 상면 또는 하면의 냉각면이 단일의 면에 국한되어 다수 개로 적층되는 배터리모듈 사이에 설치 조립이 어렵다는 문제가 있으며, 아울러 평면에서 봤을 때 둘레부분이나 격벽부재가 내설되는 중앙부분에 대해 볼팅 등의 고정수단을 적용하여 제작하여야 하므로 제작과정이 복잡하다는 문제가 있었다.
그러므로 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서의 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있고, 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있으며, 아울러 제작이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 배터리모듈용 냉각장치에 대해 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면과 하면의 양면에 대해 동일한 냉각기능을 발휘할 수 있도록 하여 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈 중 최상측 배터리모듈의 상측 또는 최하측 배터리모듈의 하측에 설치할 수 있음은 물론이거니와, 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 한 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있도록 함에 있다.
본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임으로 구성되어 하부냉각판과 상부냉각판의 둘레 및 중앙격벽겸유로프레임과 유체이동가이드프레임 등을 일체로 브레이징처리하여 제작함으로써 제작이 용이하게 이루어질 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치는 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착되어 배터리모듈을 냉각시키는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치에 있어서, 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착 설치되며, 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 하측으로 함몰되어 하향돌출부가 형성되는 하부냉각판; 하부냉각판의 상부에 둘레부분이 밀착고정되어 내부의 폭 방향 양측으로 상호 연통되어 냉각유체의 유입, 배출을 위한 유입이동유로부와 배출이동유로부를 형성하며, 하부냉각판과 대응되는 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 상측으로 함몰되어 상향돌출부가 형성되고, 상기 유입이동유로부와 배출이동유로부의 선단 측 마주하는 중앙부분에 각기 유입공과 배출공이 형성되어 냉각유체의 유입을 위한 유입연결라인이 유입공에 연결되며 냉각유체의 배출을 위한 배출연결라인이 배출공에 연결되는 상부냉각판; 절곡 판 상으로 제공되어, 하부냉각판과 상부냉각판의 연통된 유입이동유로부와 배출이동유로부 사이에 내설되어, 유입이동유로부와 배출이동유로부 사이인 내부의 폭 방향 중앙을 분할시키면서 유입공 측으로 유입된 냉각유체를 배출이동유로부 측으로 이동되도록 하는 중앙격벽겸유로프레임; 및 일정형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되며, 중앙격벽겸유로프레임에 의해 분할된 유입이동유로부 측 내부 및 배출이동유로부 측 내부에 각각 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되며, 상단과 하단이 상부냉각판의 상향돌출부 내면과 하부냉각판의 하향돌출부 내면에 밀착고정되는 유체이동가이드프레임을 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 상기 중앙격벽겸유로프레임은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 중앙격벽겸유로프레임은 유입공을 통해 유입된 냉각유체에 대해 유입이동유로부와 배출이동유로부의 사이 중앙영역을 통해서도 배출이동유로부 측으로의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록, 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 일단에 대해 유입이동유로부와 배출이동유로부의 중앙영역 내부 일단으로부터 일정거리 이격되면서, 타단에 대해 유입이동유로부와 배출이동유로부의 중앙영역 내부 타단으로부터 이격되는 것이 양호하다.
또한, 상기 중앙격벽겸유로프레임은 유입공을 통해 유입된 냉각유체에 대해 유입이동유로부와 배출이동유로부의 사이 중앙영역을 통해서도 배출이동유로부 측으로의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록, 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 유입공에 의해 냉각유체가 유입되는 측에 배치되는 일단으로부터 일정거리 떨어진 일면에 배출이동유로부 측으로 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅된 후 절곡되어 이동가이드가 형성되며, 이동가이드가 절곡형성된 홀 및 이동가이드를 통해 유입공으로 유입된 냉각유체가 배출이동유로부 측으로 이동안내되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 유체이동가이드프레임은 상협하광의 사다리꼴 판 형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되는 것이 양호하다.
또한, 유입공을 통해 유입되는 냉각유체에 대해 폭 방향 외측으로 경사지게 확산 안내될 수 있도록, 상기 하부냉각판의 하향돌출부 및 상부냉각판의 상향돌출부는 선단 폭 방향 중앙부분으로부터 폭 방향 양측을 향해 길이방향 측으로 일정각도 경사진 면적에 대해 프레스 가공을 통해 하향 또는 상향 함몰되는 한편, 상기 유체이동가이드프레임 중 유입이동유로부 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임은 하향돌출부와 상향돌출부에 의해 형성된 유입이동유로부의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성되며, 상기 유체이동가이드프레임 중 배출이동유로부 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임은 하향돌출부와 상향돌출부에 의해 형성된 배출이동유로부의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상부냉각판의 상향돌출부 중 유입공과 배출공이 형성되는 영역에 대해 둘레부분과 동일하게 평평한 판상으로 제공되는 한편, 상부냉각판의 평평한 판 상의 유입공과 배출공이 형성되는 영역 상면에는 유입연통공과 배출연통공이 관통형성된 입출연결블록이 밀착 고정되되, 입출연결블록의 유입연통공은 유입공과 연통되면서 입출연결블록의 배출연통공이 배출공과 연통되는 상태로 밀착 고정될 수 있다.
아울러, 상기 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임은 브레이징을 통해 일체로 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면과 하면의 양면에 대해 동일한 냉각기능을 발휘할 수 있도록 하여 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈 중 최상측 배터리모듈의 상측 또는 최하측 배터리모듈의 하측에 설치할 수 있음은 물론이거니와, 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있다.
둘째, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있다.
셋째, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임으로 구성되어 하부냉각판과 상부냉각판의 둘레 및 중앙격벽겸유로프레임과 유체이동가이드프레임 등을 일체로 브레이징처리하여 제작함으로써 제작이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 분리 사시구성도.
도 2는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 조립 사시구성도.
도 3은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 평면예시도.
도 4는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 정단면예시도.
도 5는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 측단면예시도.
도 6은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 냉각유체의 흐름을 나타낸 사용상태 평면예시도.
도 2는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 조립 사시구성도.
도 3은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 평면예시도.
도 4는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 정단면예시도.
도 5는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 측단면예시도.
도 6은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 냉각유체의 흐름을 나타낸 사용상태 평면예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 분리 사시구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 조립 사시구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 평면예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 정단면예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 측단면예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치를 나타낸 냉각유체의 흐름을 나타낸 사용상태 평면예시도이다.
도 1 내지 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)는 다수 개의 배터리모듈이 적층 설치되는 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착되어 배터리모듈을 냉각시키도록, 하부냉각판(110), 상부냉각판(120), 중앙격벽겸유로프레임(130) 및 유체이동가이드프레임(151)(152)을 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 상기 하부냉각판(110)은 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착 설치되며, 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 하측으로 함몰되어 하향돌출부가 형성되는 것이다.
또한, 상기 상부냉각판(120)은 하부냉각판(110)의 상부에 둘레부분이 밀착고정되어 내부의 폭 방향 양측으로 상호 연통되어 냉각유체의 유입, 배출을 위한 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)를 형성한다.
이러한 상부냉각판(120)은 하부냉각판(110)과 대응되는 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 상측으로 함몰되어 상향돌출부(125)가 형성된다.
상기와 같은 상부냉각판(120)은 상기 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 선단 측 마주하는 중앙부분에 각기 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되어 냉각유체의 유입을 위한 유입연결라인(10)이 유입공(121)에 연결되며 냉각유체의 배출을 위한 배출연결라인(20)이 배출공(122)에 연결되는 것이다.
특히, 상기와 같은 상부냉각판(120)의 상향배출부(125) 선단 측에 형성되는 유입공(121)과 배출공(122)은 상부냉각판(120)의 선단 중앙부분을 기준으로 상호 마주하여 호형으로 확장형성되는 것이 더욱 바람직한 것이다.
또한, 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 절곡 판 상으로 제공되어, 하부냉각판(110)과 상부냉각판(120)의 연통된 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102) 사이에 내설되어, 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102) 사이인 내부의 폭 방향 중앙을 분할시키면서 유입공 측으로 유입된 냉각유체를 배출이동유로부 측으로 이동되도록 하는 것이다.
그리고 상기 유체이동가이드프레임(151)(152)은 일정형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되며, 중앙격벽겸유로프레임(130)에 의해 분할된 유입이동유로부(101) 측 내부 및 배출이동유로부(102) 측 내부에 각각 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되며, 상단과 하단이 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125) 내면과 하부냉각판(110)의 하향돌출부(115) 내면에 밀착고정되는 것이다.
즉, 상기 유체이동가이드프레임(151)(152)은 중앙격벽겸유로프레임(130)에 의해 분할된 유입이동유로부(101) 측 내부 및 배출이동유로부(102) 측 내부에 각각 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 것이다.
다시 말해서, 상기 유입이동유로부(101) 내설되는 유체이동가이드프레임(151)과 배출이동유로부(102)에 내설되는 유체이동가이드프레임(152)은 평면에서 봤을 때 폭 방향으로 상호 대칭이 되도록 유입이동유로부(101) 측 내부 및 배출이동유로부(102) 측 내부에 내설되는 것이다.
이러한 유체이동가이드프레임(151)(152)은 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았으나, 냉각유체의 이동시 이동속도를 늦춰줄 수 있도록 길이방향으로 상호 이웃하는 단부가 일정간격 이격되게 각각 다수의 프레임부재로 적용될 수도 있는 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)의 요부인 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되는 것이 바람직하다.
이러한 중앙격벽겸유로프레임(130)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 상기 하단 양측에 밀착지지를 위한 연장부(미부호)가 절곡 연장되는 것이 더욱 바람직한 것이다.
물론, 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 하향돌출부(115) 및 상향돌출부(125)의 마주하는 내벽에 접촉되는 면적을 최소화하여 냉각효율을 향상시킬 수 있도록, 도면으로 구체적으로 도시지는 않았으나 하향돌출부(115) 및 상향돌출부(125)의 마주하는 내벽에 접촉되는 면적이 극소화된 산형 판 형상 또는 V자 판 형상 중 어느 하나의 판 형상으로 제공될 수도 있는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 유입공(121)을 통해 유입된 냉각유체에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 사이 중앙영역을 통해서도 배출이동유로부(102) 측으로의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 일단에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 중앙영역 내부 일단으로부터 일정거리 이격되면서, 타단에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 중앙영역 내부 타단으로부터 이격되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 유입공(121)에 의해 냉각유체가 유입되는 측에 배치되는 일단으로부터 일정거리 떨어진 일면에 배출이동유로부(102) 측으로 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅된 후 절곡되어 이동가이드(131)가 형성되며, 이동가이드(131)가 절곡형성된 홀 및 이동가이드(131)를 통해 유입공(121)으로 유입된 냉각유체가 배출이동유로부(102) 측으로 이동안내되는 것이 바람직한 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)의 다른 요부인 상기 유체이동가이드프레임(151)(152)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 유체이동가이드프레임(151)(152)은 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았으나 하향돌출부(115) 및 상향돌출부(125)의 마주하는 내벽에 접촉되는 면적이 극소화되는 산형 판 형상 또는 V자 판 형상 중 어느 하나의 판 형상으로 제공될 수도 있는 것이다.
상기와 같이, 유체이동가이드프레임(151)(152)이 산형 판 형상 또는 V자 판 형상 중 어느 하나의 판 형상으로 제공될 경우에는 하향돌출부(115) 및 상향돌출부(125)의 마주하는 내벽에 접촉되는 면적이 극소화되면서 냉각유체에 대해 하향돌출부(115) 또는 상향돌출부(125)의 두께와 프레임 상단 또는 하단의 두께가 중첩되는 부분이 점접촉 구조가 구현되면서 냉각유체의 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)는 유입공(121)을 통해 유입되는 냉각유체에 대해 폭 방향 외측으로 경사지게 확산 안내될 수 있도록 하는 것도 중요하다.
이에 따라, 상기 하부냉각판(110)의 하향돌출부(115) 및 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125)는 선단 폭 방향 중앙부분으로부터 폭 방향 양측을 향해 길이방향 측으로 일정각도 경사진 면적에 대해 프레스 가공을 통해 하향 또는 상향 함몰된다.
아울러, 상기 유체이동가이드프레임(151)(152) 중 유입이동유로부(101) 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임(151)은 하향돌출부(115)와 상향돌출부(125)에 의해 형성된 유입이동유로부(101)의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임(130) 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성된다.
더욱이, 상기 유체이동가이드프레임(151)(152) 중 배출이동유로부(102) 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임(152)은 하향돌출부(115)와 상향돌출부(125)에 의해 형성된 배출이동유로부(102)의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임(30) 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성되는 것이 바람직한 것이다.
또한, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)는 상기 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125) 중 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되는 영역에 대해 둘레부분과 동일하게 평평한 판상으로 제공될 수 있다.
이러한 경우 상부냉각판(120)의 평평한 판 상의 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되는 영역 상면에는 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았으나 유입연통공(미도시)과 배출연통공(미도시)이 관통형성된 입출연결블록(미도시)이 밀착 고정되되, 입출연결블록(미도시)의 유입연통공(미도시)은 유입공(121)과 연통되면서 입출연결블록(미도시)의 배출연통공(미도시)이 배출공(122)과 연통되는 상태로 밀착 고정되는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)는 유입연결라인(10) 및 배출연결라인(20)을 대신하여, 블록화된 입출연결블록(미도시)을 적용하여 냉각유체의 유입 및 배출을 안내할 수도 있는 것이다.
더욱이, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)에서의, 상기 하부냉각판(110), 상부냉각판(120), 중앙격벽겸유로프레임(130) 및 유체이동가이드프레임(151)(152)은 브레이징을 통해 일체로 고정되는 것이 바람직한 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치에 의하면, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 에너지 저장시스템(ESS) 등에 적용되는 것으로서, 상면과 하면의 양면에 대해 동일한 냉각기능을 발휘할 수 있도록 하여 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈 중 최상측 배터리모듈의 상측 또는 최하측 배터리모듈의 하측에 설치할 수 있음은 물론이거니와, 다수 개로 적층 배치되는 배터리모듈에 대해 상하로 이웃하는 배터리모듈 사이에 개재시킨 상태로 양면냉각 구조로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임을 포함함으로써 상면 또는 하면의 냉각면적이 격벽부분에 대해서도 내부에 유로를 형성하면서 냉각유체가 흐르도록 하여 냉각면적의 협소화 발생이 없이 냉각성능을 극대화시킬 수 있는 것이다.
더욱이, 하부냉각판, 상부냉각판, 중앙격벽겸유로프레임 및 유체이동가이드프레임으로 구성되어 하부냉각판과 상부냉각판의 둘레 및 중앙격벽겸유로프레임과 유체이동가이드프레임 등을 일체로 브레이징처리하여 제작함으로써 제작이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 냉각장치
101: 유입이동유로부 102: 배출이동유로부
110: 하부냉각판 115: 하향돌출부
120: 상부냉각판 121: 유입공
122: 배출공 125: 상향돌출부
130: 중앙격벽겸유로프레임 131: 이동가이드
151, 152: 유체이동가이드프레임
10: 유입연결라인
20: 배출연결라인
101: 유입이동유로부 102: 배출이동유로부
110: 하부냉각판 115: 하향돌출부
120: 상부냉각판 121: 유입공
122: 배출공 125: 상향돌출부
130: 중앙격벽겸유로프레임 131: 이동가이드
151, 152: 유체이동가이드프레임
10: 유입연결라인
20: 배출연결라인
Claims (8)
- 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착되어 배터리모듈을 냉각시키는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치(100)에 있어서,
상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면이 배터리모듈에 밀착 설치되며, 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 하측으로 함몰되어 하향돌출부(115)가 형성되는 하부냉각판(110);
하부냉각판(110)의 상부에 둘레부분이 밀착고정되어 내부의 폭 방향 양측으로 상호 연통되어 냉각유체의 유입, 배출을 위한 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)를 형성하며, 하부냉각판(110)과 대응되는 판 상의 둘레부분을 제외한 중앙영역에 대해 상측으로 함몰되어 상향돌출부(125)가 형성되고, 상기 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 선단 측 마주하는 중앙부분에 각기 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되어 냉각유체의 유입을 위한 유입연결라인(10)이 유입공(121)에 연결되며 냉각유체의 배출을 위한 배출연결라인(20)이 배출공(122)에 연결되는 상부냉각판(120);
절곡 판 상으로 제공되어, 하부냉각판(110)과 상부냉각판(120)의 연통된 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102) 사이에 내설되어, 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102) 사이인 내부의 폭 방향 중앙을 분할시키면서 유입공 측으로 유입된 냉각유체를 배출이동유로부 측으로 이동되도록 하는 유입공 측으로 유입된 냉각유체를 배출이동유로부 측으로 이동되도록 하는 중앙격벽겸유로프레임(130); 및
일정형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되며, 중앙격벽겸유로프레임(130)에 의해 분할된 유입이동유로부(101) 측 내부 및 배출이동유로부(102) 측 내부에 각각 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되며, 상단과 하단이 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125) 내면과 하부냉각판(110)의 하향돌출부(115) 내면에 밀착고정되는 유체이동가이드프레임(151)(152)을 포함하여 이루어진 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 유입공(121)을 통해 유입된 냉각유체에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 사이 중앙영역을 통해서도 배출이동유로부(102) 측으로의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록,
상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 일단에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 중앙영역 내부 일단으로부터 일정거리 이격되면서, 타단에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 중앙영역 내부 타단으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 중앙격벽겸유로프레임(130)은 유입공(121)을 통해 유입된 냉각유체에 대해 유입이동유로부(101)와 배출이동유로부(102)의 사이 중앙영역을 통해서도 배출이동유로부(102) 측으로의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록,
상협하광의 사다리꼴 판 형상으로 제공되되, 유입공(121)에 의해 냉각유체가 유입되는 측에 배치되는 일단으로부터 일정거리 떨어진 일면에 배출이동유로부(102) 측으로 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅된 후 절곡되어 이동가이드(131)가 형성되며, 이동가이드(131)가 절곡형성된 홀 및 이동가이드(131)를 통해 유입공(121)으로 유입된 냉각유체가 배출이동유로부(102) 측으로 이동안내되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유체이동가이드프레임(151)(152)은 상협하광의 사다리꼴 판 형상이 폭 방향으로 반복하여 다수회 절곡 형성되는 절곡 판 상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
유입공(121)을 통해 유입되는 냉각유체에 대해 폭 방향 외측으로 경사지게 확산 안내될 수 있도록,
상기 하부냉각판(110)의 하향돌출부(115) 및 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125)는 선단 폭 방향 중앙부분으로부터 폭 방향 양측을 향해 길이방향 측으로 일정각도 경사진 면적에 대해 프레스 가공을 통해 하향 또는 상향 함몰되는 한편,
상기 유체이동가이드프레임(151)(152) 중 유입이동유로부(101) 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임(151)은 하향돌출부(115)와 상향돌출부(125)에 의해 형성된 유입이동유로부(101)의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임(130) 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성되며,
상기 유체이동가이드프레임(151)(152) 중 배출이동유로부(102) 측 내부에 둘레부분이 일정간격 이격되게 내설되는 유체이동가이드프레임(152)은 하향돌출부(115)와 상향돌출부(125)에 의해 형성된 배출이동유로부(102)의 길이방향 양단과 대응되는 양단에 대해, 중앙격벽겸유로프레임(30) 측인 일단으로부터 타단을 향해 길이방향 중앙 측으로 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
상기 상부냉각판(120)의 상향돌출부(125) 중 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되는 영역에 대해 둘레부분과 동일하게 평평한 판상으로 제공되는 한편,
상부냉각판(120)의 평평한 판 상의 유입공(121)과 배출공(122)이 형성되는 영역 상면에는 유입연통공과 배출연통공이 관통형성된 입출연결블록이 밀착 고정되되, 입출연결블록의 유입연통공은 유입공(121)과 연통되면서 입출연결블록의 배출연통공이 배출공(122)과 연통되는 상태로 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하부냉각판(110), 상부냉각판(120), 중앙격벽겸유로프레임(130) 및 유체이동가이드프레임(151)(152)은 브레이징을 통해 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 양면냉각형 배터리모듈용 냉각장치.
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