WO2016208925A1 - 냉각 성능을 향상시킨 전지셀 어셈블리 - Google Patents

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welded
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김태욱
이복건
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell assembly, and more particularly to a battery cell assembly with improved cooling performance.
  • the secondary batteries having high application characteristics and high electrical density, such as electric products, are not only portable devices but also electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs), and electric power driven by electric driving sources. It is commonly applied to a storage device.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • electric power driven by electric driving sources It is commonly applied to a storage device.
  • Such secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that the primary advantages of drastically reducing the use of fossil fuels are not only generated, but also no by-products are generated due to the use of energy.
  • the battery pack applied to the electric vehicle or the like has a structure in which a plurality of cell assemblies including a plurality of unit cells are connected in series to obtain a high output.
  • the unit cell may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like.
  • the battery pack includes a power supply control for a driving load such as a motor, measurement of electrical characteristics such as current or voltage, charge / discharge control, voltage equalization control, and SOC (state of charge).
  • a power supply control for a driving load such as a motor
  • measurement of electrical characteristics such as current or voltage, charge / discharge control, voltage equalization control, and SOC (state of charge).
  • An algorithm for estimating is applied to further include a battery management system (BMS) for monitoring and controlling the state of the secondary battery.
  • BMS battery management system
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2009-301877 discloses an indirect cooling method.
  • the indirect cooling method is a method of cooling a cooling fin in contact with a packaging material of a secondary battery through a refrigerant. Heat generated in the secondary battery is transferred through the cooling fins, and the cooling fins again transfer heat to the refrigerant to prevent heat generation of the secondary battery.
  • the cooling fins are coupled to the frame and placed in the battery system.
  • the present invention has been proposed to solve such a conventional problem, and has an object to provide a battery cell assembly which improves cooling performance of a battery system by removing a leakage phenomenon occurring when the tube and the frame are coupled.
  • the cooling fin is formed with a tube through which the cooling flow; One or more frame members; One or more battery cells facing the cooling fins; A first cooling port welded to an inlet formed at one end of the tube of the cooling fins; And a second cooling port welded to the outlet formed at the other end of the tube of the cooling fin, wherein the first cooling port and the second cooling port are formed of the same material as the tube.
  • the cooling fin may include a first through hole in which the first cooling port is received and the inlet is exposed, and a second through hole in which the second cooling port is received and the outlet is exposed.
  • the inlet port exposed from the first through hole may be inserted into the hole formed in the first cooling port and welded, and the outlet port exposed from the second through hole may be inserted into the hole formed in the second cooling port to be welded.
  • Each of the first cooling port and the second cooling port is formed of a head portion and a body portion, and the body portion of the first cooling port is accommodated in the first through-hole so that the inlet is inserted into the hole formed in the body portion to be welded.
  • the outlet of the second cooling port may be accommodated in the second through hole, and the outlet may be inserted into the hole formed in the body to be welded.
  • the head of the first cooling port may be welded to the cooling fins, and the head of the second cooling port may be welded to the cooling fins.
  • the diameter of the head portion formed in the first cooling port is longer than the diameter of the first through hole, and the diameter of the head portion formed in the second cooling port is longer than the diameter of the second through hole.
  • the inlet and the first cooling port are brazed and the outlet and the second cooling port are brazed.
  • the cooling fin may be formed by brazing a first cooling fin having a semi-cylindrical tube and a second cooling fin having a semi-cylindrical tube.
  • the first cooling port, the second cooling port and the tube may be made of aluminum.
  • the present invention brazes the cooling fins using a cooling port made of the same material as the tube and couples the welded cooling fins to the frame member, thereby preventing the peeling phenomenon occurring at the interface of the dissimilar materials. It is effective to block the leak.
  • the present invention also has the advantage of maintaining the stability of the battery system by completely removing the leak phenomenon of the refrigerant generated in the conventional battery system.
  • the present invention has the advantage of brazing welding the cooling fins and the cooling port to enhance the airtightness of the cooling fins and the cooling port.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional battery cell assembly coupled to the cooling fin and the frame member.
  • FIG. 2 is an exploded view of a conventional battery cell assembly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the overmolded frame member and tube.
  • FIG. 4 is a view showing a battery cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded view of a battery cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a brazed welded cooling fin, in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a cooling port according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional battery cell assembly 100 coupled to the cooling fins and the frame member.
  • FIG. 2 is an exploded view of a conventional battery cell assembly 100.
  • the battery cell 120 is disposed between the cooling fin 130 and the frame member 110.
  • the cooling fin 130 includes a tube 131 through which a refrigerant flows.
  • An inlet 131a through which the refrigerant is introduced and an outlet 131b through which the refrigerant is discharged are formed in the tube 131.
  • the tube 131 is made of aluminum, and the frame member 110 is made of plastic.
  • the cooling fin 130 is over molded with the frame member 110 and coupled thereto. That is, the inlet 131a is over-molded with the first molding part 111 of the frame member 110 in the cooling fin 130, and the second molding of the frame member 110 with the outlet 131b of the cooling fin 130. Overmolded with portion 112.
  • the tube 131 of the aluminum material and the frame member 110 of the plastic material are overmolded, the tube 131 and the frame member are different due to different thermal expansion coefficients between the tube 131 and the frame member 110. Leakage may occur at the interface of the 110, and when the leak occurs, a part of the refrigerant flows into the gap where the leak occurs, and as a result, the secondary battery may generate heat.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the overmolded frame member 110 and the tube 131.
  • the aluminum tube 131 is overmolded with the plastic frame member 110.
  • leakage may occur at the interface 140 between the tube 131 and the frame member 110. May flow out of interface 140.
  • FIG. 4 is a view showing a battery cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded view of a battery cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a brazed welded cooling fin, in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the battery cell assembly 200 may include the frame members 210 and 220, the battery cells 230 and 240, the cooling fins 250 and 260, and the cooling fins 250 and 260. It includes a plurality of cooling ports 270a and 270b to be brazed.
  • the frame members 210 and 220 couple and fix the battery cells 230 and 240 and the cooling fins 250 and 260 to each other.
  • the first frame member 210 and the second frame member 220 are mutually coupled by interference fit, and the cooling fins 250 and 260 disposed between the first frame member 210 and the second frame member 220.
  • the battery cells 230 and 240 may be fixed.
  • the frame members 210 and 220 are made of plastic. However, in other embodiments, the frame members 210 and 220 may be made of other materials known to those skilled in the art.
  • Each battery cell 230, 240 generates an operating voltage.
  • each of the battery cells 230 and 240 is a pouch-type lithium-ion battery cell.
  • the battery cells 230 and 240 may be electrically connected to each other in series.
  • the battery cells 230 and 240 include rectangular-shaped pouches and electrodes extending from the pouches.
  • Each of the battery cells 230 and 240 faces one surface of the first cooling fin 250 or the second cooling fin 260 and is disposed in the genji cell assembly 200. That is, the first battery cell 230 is located between the first frame member 210 and the first cooling fin 250, and the second battery cell 240 is the second frame member 220 and the second cooling fin ( 260).
  • two battery cells 230 and 240 are described as being included in the battery cell assembly 200, but one battery cell may be included in the battery cell assembly 200, and three or more battery cells may be included in the battery cell assembly 200. It may be included in the battery cell assembly 200.
  • the cooling fins 250 and 260 transfer heat energy of the battery cells 230 and 240 to the refrigerant to perform the function of cooling the battery cells 230 and 240.
  • the cooling fins 250, 260 have a rectangular aluminum plate and also include semi-cylindrical tubes 251, 261.
  • one or more of the cooling fins 250, 260 may comprise a conductive sheet. That is, the conductive sheet may be provided on any one of the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260, and a conductive sheet may be provided on each of the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260. It may be provided.
  • the conductive sheet is formed on one surface of the cooling fin in which the tube is not formed, and absorbs heat from the battery cells 230 and 240. That is, when the semi-driven tube 251 is formed on the lower surface of the first cooling fin 250, the conductive sheet is bonded to the upper surface of the first cooling fin 250.
  • the conductive sheet is adhered to the lower surface of the first cooling fin 260.
  • the thermally conductive sheet has excellent thermal properties for conducting thermal energy generated from the battery cells 230 and 240.
  • the semi-cylindrical tubes 251 and 261 formed on each of the cooling fins 250 and 260 are made of aluminum and are formed at the edge of the cooling fins 250 and 260.
  • a through hole is formed in each of the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260. That is, the first cooling fin 250 is formed with a through hole 252a which is a space in which the inlet 251a of the tube 251 and the first cooling port 270a are brazed and welded. On the inner circumferential surface of the through hole 252a, the start end of the semi-cylindrical tube 251, that is, the inlet 251a is exposed.
  • the first cooling fin 250 has a through hole 252b, which is a space for brazing welding the outlet 251b of the tube 251 and the second cooling port 270b, and has an inner circumferential surface of the through hole 252b. The end of the semi-cylindrical tube 251, that is, the outlet 251b is exposed.
  • the second cooling fin 260 is formed with a through hole 262a which is a space in which the inlet 261a of the tube 261 and the first cooling port 270a are brazed and welded.
  • a through hole 262a is formed on the inner circumferential surface of the through hole 262a so that the outlet 262a and the second cooling port 270b can be brazed, and a semi-cylindrical tube is formed on the inner surface of the through hole 262b. The end of 261, i.e. outlet 262b, is exposed.
  • the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260 are brazed and welded, the first semi-cylindrical tube 251 and the second semi-circular tube 261 are combined to form a cylindrical tube that is a space in which a refrigerant flows.
  • 280 is formed in the welded cooling fin, and a cylindrical inlet 281a and a cylindrical outlet 281a are formed in the welded cooling fin.
  • the first semi-cylindrical tube 251 and the second semi-cylindrical tube 261 are coupled to each other.
  • a cylindrical tube 280 which is a passage through which the refrigerant flows, is formed.
  • the cylindrical inlet 281a is exposed to the welded through hole 282a
  • the cylindrical outlet 281b Is exposed to the welded through hole 282b.
  • the inlet 281a through which the refrigerant flows is exposed to the through hole 282a, and the outlet 281b through which the refrigerant flows out is exposed to the through hole 282b.
  • the refrigerant flowing out of the cylindrical tube 280 is stored in a constant reservoir.
  • Brazing is brazed with the first cooling port 270a and the second cooling port 207b, respectively, of the cylindrical inlet 281a and the cylindrical outlet 282b formed by welding.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a cooling port according to an embodiment of the present invention.
  • each of the cooling ports 270a and 270b includes the head parts 271a and 271b and the body parts 272a and 272b, and the outer diameter of the head parts 271a and 271b is the body part ( 272a, 272b) is longer than the outer diameter.
  • the outer diameter of the body parts 272a and 272b is equal to or less than the inner diameter of the through holes 281a and 281b.
  • each cooling port 270a, 270b has a passage through which a refrigerant can flow.
  • one end of each of the cooling ports 270a and 270b is penetrated to allow the refrigerant to be introduced or discharged, and the other end is blocked to prevent the refrigerant from flowing out.
  • the body parts 272a and 272b of the cooling ports 270a and 270b are accommodated in the welded through holes 282a and 282b, but the head parts 271a and 271b are provided. Is positioned on the through holes 282a and 282b.
  • the body portion 272a of the first cooling port 270a is formed with a hole 273a into which the brazed welded cylindrical inlet 281a can be inserted, and the body portion 272b of the second cooling port 270b is brazed.
  • a hole 273b is formed into which the welded cylindrical outlet 281b can be inserted.
  • Each hole 273a, 273b is correspondingly formed in the size of the cylindrical tube 280. In other words, the holes 273a and 273b have a diameter substantially equal to the diameter of the cylindrical tube 280.
  • the first cooling port 270a and the second cooling port 270b are formed of aluminum, which is the same material as that of the tube.
  • the cooling ports 270a and 270b may be composed of other materials known to those skilled in the art.
  • the cooling ports 270a and 270b may also be formed of the same material as the tubes 250 and 260.
  • the shape of the cooling ports 270a and 270b according to FIG. 7 represents an embodiment of the present invention, and the shape of the cooling ports 270a and 270b and the positions of the holes 273a and 273b may be modified by those skilled in the art. have.
  • the body portion 272a of the first cooling port 270a is received in the welded cylindrical through hole 282a, and the first The inner circumferential surface of the hole 273a of the first cooling port 270a and the cylindrical inlet 281a are brazed by the cylindrical inlet 281a inserted into the hole 273a of the cooling port 270a.
  • the body portion 272b of the second cooling port 270b is accommodated in the welded cylindrical through hole 282b, and the cylindrical outlet 281b is inserted into the hole 273b of the second cooling port 270b.
  • the inner circumferential surface of the hole 272b of the second cooling port 270b and the outer circumferential surface of the cylindrical outlet 281b are brazed.
  • the lower surface of the head portion 271a of the first cooling port 270a may be brazed and welded to the upper surface of the first cooling fin 250.
  • the lower surface of the head portion 271b of the second cooling port 270b may be brazed with the upper surface of the first cooling fin 250.
  • the cylindrical tube 280 formed by the brazing welding absorbs the heat energy of the battery cells 230 and 240 by using the refrigerant introduced through the first cooling port 270a and circulates the refrigerant to form the second cooling port. Discharge into the designated space through 270b. That is, the refrigerant flowing through the cylindrical tube 280 absorbs heat energy from the battery cells 230 and 240 to lower the temperature of the battery cells 230 and 240.
  • the joining portions brazed between the tubes 250 and 260 and the cooling ports 270a and 270b may be formed.
  • the thermal expansion coefficient is formed the same. This prevents leakage caused by different thermal expansion coefficients.
  • the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260 are first brazed and then described as being brazed with the cooling ports 270a and 270b, but the first cooling fin ( 250, brazing welding of the second cooling fins 260 and the plurality of cooling ports 270a and 270b may be simultaneously performed.
  • the present invention makes it clear that the shape of the tube may be deformed, and that the shape of the hole of the cooling port may also be deformed by the shape of the deformed tube. .
  • the brazing welding process between the first cooling fins 250 and the second cooling fins 260 may be omitted. That is, when a cooling fin including a cylindrical tube instead of a semi-cylindrical tube is already manufactured, the process of brazing welding of the first cooling fin 250 and the second cooling fin 260 may be omitted.

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Abstract

본 발명은 냉각 성능을 향상시킨 전지셀 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전지셀 어셈블리는, 냉매가 유동되는 튜브가 형성된 냉각 핀; 하나 이상의 프레임 부재; 상기 냉각 핀과 대면되는 하나 이상의 전지셀; 상기 냉각 핀의 튜브 일단에 형성된 유입구와 용접되는 제1냉각 포트; 및 상기 냉각 핀의 튜브 타단에 형성된 유출구와 용접되는 제2냉각 포트를 포함한다. 상기 제1냉각 포트와 상기 제2냉각 포트는 상기 튜브와 동일한 소재로 형성된다.

Description

냉각 성능을 향상시킨 전지셀 어셈블리
본 출원은 2015년 6월 26일에 출원된 한국특허출원 제10-2015-0091381호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 전지셀 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각 성능을 향상시킨 전지셀 어셈블리에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로서, 일본 특허공개공보 2009-301877에는 간접 냉각 방법을 개시하고 있다.
간접 냉각 방법이란, 이차전지의 포장재와 접하는 냉각 핀을 냉매를 통해 냉각시키는 방법이다. 이차전지에서 발생한 열이 냉각 핀을 통해 전달되며, 상기 냉각 핀은 다시 냉매에게 열을 전달하여 이차전지의 발열이 방지되게 한다. 상기 냉각 핀은 프레임과 결합되어, 배터리 시스템에 배치된다.
그런데 상기 냉각 핀과 프레임의 재질이 서로 상이한 경우에, 상기 냉각 핀과 프레임의 결합 부위에 누수가 발생하고, 이렇게 누수가 발생하면 냉매의 일부가 누수 틈새로 흘러나와 결과적으로 이차전지가 발열되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 튜브와 프레임 간에 결합시에 발생하는 누수 현상을 제거하여, 배터리 시스템의 냉각 성능을 향상시킨 전지셀 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 전지셀 어셈블리는, 냉매가 유동되는 튜브가 형성된 냉각 핀; 하나 이상의 프레임 부재; 상기 냉각 핀과 대면되는 하나 이상의 전지셀; 상기 냉각 핀의 튜브 일단에 형성된 유입구와 용접되는 제1냉각 포트; 및 상기 냉각 핀의 튜브 타단에 형성된 유출구와 용접되는 제2냉각 포트를 포함하고, 상기 제1냉각 포트와 상기 제2냉각 포트는 상기 튜브와 동일한 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 핀에는, 상기 제1냉각 포트가 수용되고 상기 유입구가 노출되는 제1관통홀 및 상기 제2냉각 포트가 수용되고 상기 유출구가 노출되는 제2관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀에서 노출된 유입구가 상기 제1냉각 포트에 형성된 홀에 삽입되어 용접되고, 상기 제2관통홀에서 노출된 유출구가 상기 제2냉각 포트에 형성된 홀에 삽입되어 용접될 수 있다.
상기 제1냉각 포트, 상기 제2냉각 포트 각각은 헤드부와 몸체부로 형성되며, 상기 제1냉각 포트의 몸체부가 상기 제1관통홀에 수용되어 이 몸체부에 형성된 홀에 상기 유입구가 삽입되어 용접되고, 상기 제2냉각 포트의 몸체부가 상기 제2관통홀에 수용되어 이 몸체부에 형성된 홀에 상기 유출구가 삽입되어 용접될 수도 있다.
한편, 상기 제1냉각 포트의 헤드부가 상기 냉각 핀과 용접되고, 제2냉각 포트의 헤드부가 상기 냉각 핀과 용접될 수 있다.
상기 제1냉각 포트에 형성된 헤드부의 직경이 상기 제1관통홀의 직경보다 길고, 상기 제2냉각 포트에 형성된 헤드부 직경이 상기 제2관통홀의 직경보다 길다.
상기 유입구와 제1냉각 포트가 브레이징(brazing) 용접되고, 상기 유출구와 상기 제2냉각 포트가 브레이징 용접된다.
또한, 상기 냉각 핀은, 반원통형의 튜브가 형성된 제1냉각 핀과 반원통형의 튜브가 형성된 제2냉각 핀이 브레이징 용접됨으로써 형성될 수 있다.
상기 제1냉각 포트, 상기 제2냉각 포트 및 상기 튜브는 알루미늄으로 이루어 질 수 있다.
본 발명은 튜브와 동일한 소재의 냉각 포트를 이용하여 냉각 핀과 브레이징(brazing) 용접하고, 이렇게 용접된 냉각 핀을 프레임 부재에 결합함으로써, 이종 재질의 경계면에서 발생되는 박리 현상을 방지하여, 냉매의 누수를 봉쇄하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래에 배터리 시스템에 발생되는 냉매의 누수 현상을 완전하게 제거함으로써, 배터리 시스템의 안정성을 유지하는 이점도 있다.
게다가, 본 발명은 냉각 핀과 냉각 포트를 브레이징 용접하여, 냉각 핀과 냉각 포트의 기밀성을 항샹시키는 장점도 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 형태와 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 냉각 핀과 프레임 부재가 결합된 종래의 전지셀 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 전지셀 어셈블리의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 3은 오버 몰딩된 프레임 부재와 튜브의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전지셀 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전지셀 어셈블리의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 브레이징 용접된 냉각 핀을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 포트를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 냉각 핀과 프레임 부재가 결합된 종래의 전지셀 어셈블리(100)를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 전지셀 어셈블리(100)의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 냉각 핀(130)과 프레임 부재(110) 사이에는 전지셀(120)이 배치된다.
상기 냉각 핀(130)에는 냉매가 흐르는 튜브(131)가 포함된다. 냉매가 유입되는 유입구(131a) 및 냉매가 배출되는 배출구(131b)가 튜브(131)에 형성된다. 상기 튜브(131)는 알루미늄으로 형성되며, 프레임 부재(110)는 플라스틱으로 이루어져 있다.
상기 냉각 핀(130)은 프레임 부재(110)와 오버 몰딩(over molding)되어 결합된다. 즉, 냉각 핀(130)에 유입구(131a)는 프레임 부재(110)의 제1몰딩부(111)와 오버 몰딩되고, 냉각 핀(130)의 배출구(131b) 프레임 부재(110)의 제2몰딩부(112)와 오버 몰딩된다.
그런데 알루미늄 소재의 튜브(131)와 플라스틱 소재의 프레임 부재(110)가 오버몰딩된 경우에, 상기 튜브(131)와 프레임 부재(110) 간의 열팽창 계수가 상이함으로 인하여, 튜브(131)와 프레임 부재(110)의 경계면에 누수가 발생할 수 있으며, 이렇게 누수가 발생한 경우에 냉매의 일부가 누수가 발생한 틈새로 흘러나와 결과적으로 이차전지가 발열되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 3은 오버 몰딩된 프레임 부재(110)와 튜브(131)의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 튜브(131)는 플라스틱 프레임 부재(110)와 오버 몰딩된다. 그런데 튜브(131)와 프레임 부재(110) 간의 열팽창 계수가 상이함으로 인하여, 튜브(131)와 프레임 부재(110)의 경계면(140)에 누수가 발생할 수 있으며, 이렇게 누수가 발생한 경우에 냉매의 일부가 경계면(140)에서 흘러나올 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전지셀 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전지셀 어셈블리의 분해도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 브레이징 용접된 냉각 핀을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 전지셀 어셈블리(200)는 프레임 부재들(210, 220), 전지셀들(230, 240) 및 냉각 핀들(250, 260) 및 냉각 핀들(250, 260)과 브레이징(brazing) 용접되는 다수의 냉각 포트(270a, 270b)를 포함한다.
상기 프레임 부재들(210, 220)은 전지셀(230, 240)과 냉각 핀(250, 260)을 상호 결합시키고 고정시킨다. 제1프레임 부재(210), 제2프레임 부재(220)는 억지끼움으로 상호 결합되어, 제1프레임 부재(210)와 제2프레임 부재(220) 사이에 배치된 냉각 핀(250, 260)과 전지셀(230, 240)을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 상기 프레임 부재들(210, 220)은 플라스틱으로 이루어져 있다. 그러나 다른 실시예에서, 상기 프레임 부재들(210, 220)은 당업자에게 알려진 다른 소재들로 구성될 수도 있다.
각각의 전지셀(230, 240)은 작동전압을 발생시킨다. 본 발명의 실시예에서 각각의 전지셀(230, 240)은 파우치형 리튬-이온 전지셀이다. 물론, 당업자에게 알려져 있는 다른 유형의 전지셀들이 사용될 수도 있다. 상기 전지셀들(230, 240)은 전기적으로 서로 직렬 연결될 수 있다. 전지셀들(230, 240)은 직사각형-형상의 파우치과 파우치로부터 연장되어 있는 전극들을 포함한다. 각 전지셀(230, 240)은 제1냉각 핀(250) 또는 제2냉각 핀(260)의 일면과 대면되어 젠지셀 어셈블리(200)에 배치된다. 즉, 제1전지셀(230)은 제1프레임 부재(210)와 제1냉각 핀(250) 사이에 위치하고, 제2전지셀(240)은 제2프레임 부재(220)와 제2냉각 핀(260) 사이에 위치한다.
본 실시예에서 2개의 전지셀(230, 240)이 전지셀 어셈블리(200)에 포함되는 것으로 설명하였지만, 하나의 전지셀이 전지셀 어셈블리(200)에 포함될 수 있고, 또한 세 개 이상의 전지셀이 전지셀 어셈블리(200)에 포함될 수도 있다.
냉각 핀들(250, 260)은 전지셀들(230, 240)의 열 에너지를 냉매로 전달하여, 전지셀들(230, 240)을 냉각하는 기능을 수행하한다.
상기 냉각 핀들(250, 260)은 사각형의 알루미늄 플레이트를 구비하고, 또한 반원통형 튜브(251, 261)를 포함한다. 또한, 냉각 핀들(250, 260) 중에서 하나 이상은 전도성 시트를 포함할 수 있다. 즉, 제1냉각 핀(250), 제2냉각 핀(260) 중에서 어느 하나에 전도성 시트가 구비될 수 있으며, 또한 제1냉각 핀(250) 및 제2냉각 핀(260) 각각에 전도성 시트가 구비될 수도 있다. 상기 전도성 시트는 튜브가 형성되지 않은 냉각 핀의 일면에 형성되어, 전지셀(230, 240)의 열을 흡수한다. 즉, 제1냉각 핀(250)의 하면에 반원동형 튜브(251)가 형성된 경우, 제1냉각 핀(250)의 상면에 전도성 시트가 접착된다. 또한, 제2냉각 핀(260)의 상면에 반원형 튜브(261)가 형성된 경우, 제1냉각 핀(260)의 하면에 전도성 시트가 접착된다. 상기 열 전도성 시트는 전지셀(230, 240)로부터 발생된 열 에너지를 전도하는 우수한 열 특성을 가지고 있다.
냉각 핀(250, 260) 각각에 형성된 반원통형 튜브(251, 261)는 알루미늄으로 이루어져 있고, 냉각 핀(250, 260)의 테두리에 형성된다.
또한, 제1냉각 핀(250), 제2냉각 핀(260) 각각에는 관통홀이 형성된다. 즉, 제1냉각 핀(250)에는 튜브(251)의 유입구(251a)와 제1냉각 포트(270a)가 브레이징 용접되는 공간인 관통홀(252a)이 형성된다. 상기 관통홀(252a)의 내주면에는 반통형 튜브(251)의 시작단, 즉 유입구(251a)가 노출된다. 또한, 제1냉각 핀(250)에는 튜브(251)의 유출구(251b)와 제2냉각 포트(270b)과 브레이징 용접되는 공간인 관통홀(252b)이 형성되며, 상기 관통홀(252b)의 내주면에는 반통형 튜브(251)의 끝단, 즉 유출구(251b)가 노출된다.
유사하게, 제2냉각 핀(260)에는 튜브(261)의 유입구(261a)와 제1냉각 포트(270a)가 브레이징 용접되는 공간인 관통홀(262a)이 형성된다. 상기 관통홀(262a)의 내주면에는 반통형 튜브(261)의 시작단, 즉 유입구(262a)가 노출된다. 또한, 제2냉각 핀(260)에는 유출구(262a)와 제2냉각 포트(270b)가 브레이징 용접할 수 있도록 관통홀(262b)이 형성되며, 상기 관통홀(262b)의 내면에는 반통형 튜브(261)의 끝단, 즉 유출구(262b)가 노출된다.
제1냉각 핀(250)과 제2냉각 핀(260)이 브레이징 용접되면, 제1반원통형 튜브(251)와 제2반원형 튜브(261)가 결합되어, 냉매가 유동되는 공간인 원통 형태의 튜브(280)가 용접 완료된 냉각 핀에 형성되고, 원통형 유입구(281a)와 원통형 유출구(281a)가 용접 완료된 냉각 핀에 형성된다.
도 6을 참조하면, 제1냉각 핀(250)의 하면과 제2냉각 핀(260)의 상면이 브레이징 용접됨으로써, 제1반원통형 튜브(251)와 제2반원통형 튜브(261)가 결합되어 냉매가 유동되는 통로인 원통형 튜브(280)가 형성된다. 또한, 제1냉각 핀(250)의 하면과 제2냉각 핀(260)의 상면의 블레이징 용접에 의해, 원통형 유입구(281a)가 용접된 관통홀(282a)에 노출되고, 원통형 유출구(281b)가 용접된 관통홀(282b)에 노출된다. 즉, 용접 완료된 원통형 튜브(280)에 있어서, 냉매가 유입되는 유입구(281a)가 관통홀(282a)에 노출되고, 냉매가 유출되는 유출구(281b)가 관통홀(282b)에 노출된다. 상기 원통형 튜브(280)에서 유출된 냉매는 일정한 저장소에 보관된다.
브레이징이 용접에 의해 형성된 원통형 유입구(281a), 원통형 유출구(282b) 각각 제1냉각 포트(270a), 제2냉각 포트(207b)와 브레이징 용접된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 포트를 나타내는 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각 포트(270a, 270b)는 헤드부(271a, 271b)와 몸체부(272a, 272b)로 구성되고, 헤드부(271a, 271b)의 외경이 몸체부(272a, 272b)의 외경보다 길다. 또한, 몸체부(272a, 272b)는 외경은 관통홀(281a, 281b)의 내경 이하이다.
또한, 각 냉각 포트(270a, 270b)에는 냉매가 유동될 수 있는 통로가 내부에 형성되어 있다. 또한, 각 냉각 포트(270a, 270b)의 일단은 냉매가 유입되거나 배출될 수 있도록 관통되어 있고, 타단은 냉매가 유출되지 않도록 막혀있다.
이러한 냉각 포트(270a, 270b)의 구조에 의해, 냉각 포트(270a, 270b)의 몸체부(272a, 272b)는 용접 완료된 관통홀(282a, 282b)에 수용되나, 상기 헤드부(271a, 271b)는 관통홀(282a, 282b) 상에 위치하게 된다.
제1냉각 포트(270a)의 몸체부(272a)에는 브레이징 용접된 원통형 유입구(281a)가 삽입될 수 있는 홀(273a)이 형성되고, 제2냉각 포트(270b)의 몸체부(272b)에는 브레이징 용접된 원통형 유출구(281b)가 삽입될 수 있는 홀(273b)이 형성된다. 각각의 홀(273a, 273b)은 원통형 튜브(280)의 크기의 대응되어 형성된다. 즉, 상기 홀(273a, 273b)은 상기 원통형 튜브(280)의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는다.
상기 제1냉각 포트(270a)와 제2냉각 포트(270b)는 튜브와 동일한 소재인 알루미늄으로 형성된다. 그러나 다른 실시예에서, 상기 냉각 포트(270a, 270b)는 당업자에게 알려진 다른 소재들로 구성될 수도 있다. 예컨대, 튜브(250, 260)가 알루미늄 이외의 다른 소재로 형성되는 경우에, 냉각 포트(270a, 270b)도 상기 튜브(250, 260)로 동일한 소재로 형성될 수 있다. 또한, 도 7에 따른 냉각 포트(270a, 270b)의 형상은 본 발명의 실시예를 나타내는 것으로서, 냉각 포트(270a, 270b)의 형상과 홀(273a, 273b)의 위치는 당업자에 의해 변형될 수 있다.
제1냉각 핀(250)과 제2냉각 핀(260)의 브레이징 용접이 완료되면, 용접된 원통형 관통홀(282a)에 제1냉각 포트(270a)의 몸체부(272a)가 수용되고, 제1냉각 포트(270a)의 홀(273a)에 원통형 유입구(281a)가 삽입된 상태에서 제1냉각 포트(270a)의 홀(273a)의 내주면과 원통형 유입구(281a)가 브레이징 용접된다.
또한, 용접된 원통형 관통홀(282b)에 제2냉각 포트(270b)의 몸체부(272b)가 수용되고, 제2냉각 포트(270b)의 홀(273b)에 원통형 유출구(281b)가 삽입된 상태에서 제2냉각 포트(270b)의 홀(272b)의 내주면과 원통형 유출구(281b)의 외주면이 브레이징 용접된다.
냉각 포트(270a, 270b)를 더욱 강건하게 고정하기 위하여, 제1냉각 포트(270a)의 헤드부(271a)의 하면이 제1냉각 핀(250)의 상면과 브레이징 용접될 수 있으며, 또한, 제2냉각 포트(270b)의 헤드부(271b)의 하면이 제1냉각 핀(250)의 상면과 브레이징 용접될 수도 있다.
이러한 브레이징 용접에 의해서 형성된, 원통형 튜브(280)는 제1냉각 포트(270a)를 통해 유입된 냉매를 이용하여 전지셀(230, 240)의 열 에너지를 흡수하고, 냉매를 순환시켜 제2냉각 포트(270b)를 통해서 지정된 공간으로 배출한다. 즉, 원통형 튜브(280)를 관통하여 흐르는 냉매는 열 에너지를 전지셀들(230, 240)로부터 흡수하여 전지셀들(230, 240)의 온도를 낮춘다.
상술한 실시예를 의하면, 냉각 포트(270a, 270b)과 튜브(250, 260)가 동일한 소재로 형성됨에 따라, 튜브(250, 260)와 냉각 포트(270a, 270b) 간에 브레이징 용접되는 결합 부위는, 열팽창 계수가 동일하게 형성된다. 이에 따라, 열 팽창 계수가 상이함에 따라 발생하는 누수가 예방된다.
한편, 상술한 실시예에서, 제1냉각 핀(250)과 제2냉각 핀(260)이 먼저 브레이징 용접된 후에, 냉각 포트(270a, 270b)와 브레이징 용접된 것으로 설명하였지만, 제1냉각 핀(250), 제2냉각 핀(260), 복수의 냉각 포트(270a, 270b)의 브레이징 용접이 동시에 실시될 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 튜브가 원통형인 것으로 설명하였지만, 본 발명은 튜브의 형상이 변형될 수도 있으며, 또한 변형된 튜브의 형상에 의해 냉각 포트의 홀의 형상도 변형될 수 있음을 분명히 해 둔다.
한편, 도 6와 같은 냉각 핀이 사전에 제작된 경우에, 제1냉각 핀(250)과 제2냉각 핀(260)의 브레이징 용접 과정을 생략할 수도 있다. 즉, 반통형 튜브가 아닌 원통형 튜브를 포함하는 냉각 핀이 이미 제작된 경우에, 제1냉각 핀(250)과 제2냉각 핀(260)의 브레이징 용접하는 과정이 생략될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (9)

  1. 냉매가 유동되는 튜브가 형성된 냉각 핀;
    하나 이상의 프레임 부재;
    상기 냉각 핀과 대면되는 하나 이상의 전지셀;
    상기 냉각 핀의 튜브 일단에 형성된 유입구와 용접되는 제1냉각 포트; 및
    상기 냉각 핀의 튜브 타단에 형성된 유출구와 용접되는 제2냉각 포트;를 포함하고,
    상기 제1냉각 포트와 상기 제2냉각 포트는 상기 튜브와 동일한 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 핀에는, 상기 제1냉각 포트가 수용되고 상기 유입구가 노출되는 제1관통홀 및 상기 제2냉각 포트가 수용되고 상기 유출구가 노출되는 제2관통홀이 형성되고,
    상기 제1관통홀에서 노출된 유입구가 상기 제1냉각 포트에 형성된 홀에 삽입되어 용접되고, 상기 제2관통홀에서 노출된 유출구가 상기 제2냉각 포트에 형성된 홀에 삽입되어 용접되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1냉각 포트, 상기 제2냉각 포트 각각은 헤드부와 몸체부로 형성되며, 상기 제1냉각 포트의 몸체부가 상기 제1관통홀에 수용되어 이 몸체부에 형성된 홀에 상기 유입구가 삽입되어 용접되고, 상기 제2냉각 포트의 몸체부가 상기 제2관통홀에 수용되어 이 몸체부에 형성된 홀에 상기 유출구가 삽입되어 용접되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1냉각 포트의 헤드부가 상기 냉각 핀과 용접되고, 제2냉각 포트의 헤드부가 상기 냉각 핀과 용접되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1냉각 포트에 형성된 헤드부의 직경이 상기 제1관통홀의 직경보다 길고, 상기 제2냉각 포트에 형성된 헤드부 직경이 상기 제2관통홀의 직경보다 긴 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유입구와 제1냉각 포트가 브레이징 용접되고, 상기 유출구와 상기 제2냉각 포트가 브레이징 용접되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 핀은,
    반원통형의 튜브가 각각 형성된 제1냉각 핀과 제2냉각 핀이 브레이징 용접됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각 포트, 상기 제2냉각 포트 및 상기 튜브는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 전지셀에서 발생한 열 에너지를 상기 냉매로 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
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