WO2017078249A1 - 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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WO2017078249A1
WO2017078249A1 PCT/KR2016/008171 KR2016008171W WO2017078249A1 WO 2017078249 A1 WO2017078249 A1 WO 2017078249A1 KR 2016008171 W KR2016008171 W KR 2016008171W WO 2017078249 A1 WO2017078249 A1 WO 2017078249A1
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WO
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refrigerant
battery
module
pair
case
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PCT/KR2016/008171
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English (en)
French (fr)
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이종영
신은규
이정훈
최미금
문정오
이윤구
최항준
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주식회사 엘지화학
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    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
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    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a motor vehicle comprising such a battery pack.
  • the secondary battery having high application characteristics and high electrical density such as energy efficiency according to the product group is not only a portable device but also an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV) driven by an electric driving source. It is applied universally.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of drastically reducing the use of fossil fuels is generated but also no by-products of energy use are generated.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, the battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
  • a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module including a plurality of battery cells is configured first, and the battery pack is configured by adding other components using the plurality of battery modules. How to do is common.
  • the battery pack of the multi-battery module structure is manufactured in a form in which a plurality of secondary batteries are concentrated in a narrow space, it is important to easily discharge heat generated from each secondary battery. Since the process of charging or discharging the secondary battery battery is performed by the electrochemical reaction as described above, if the heat of the battery module generated in the charging and discharging process is not effectively removed, thermal accumulation occurs and consequently, deterioration of the battery module is promoted. In some cases, fire or explosion may occur.
  • a high output large capacity battery pack necessarily requires a cooling device for cooling the battery cells contained therein.
  • a commercially available battery module is usually packaged by stacking a plurality of battery cells in a module case as needed, and a battery pack is stacked by stacking the plurality of battery modules as needed. Package it. Then, a plurality of cooling fins corresponding to the area of the battery cell are inserted as a heat radiating member in the middle of the battery cells in order to cool the heat generated in the process of generating electricity in each battery cell to maintain the temperature of the secondary battery properly. . Cooling fins that absorb heat from each battery cell are connected to a heat sink provided at the bottom of the battery pack through a cooling plate to transfer the heat, and the heat sink is cooled by coolant or cooling air.
  • the energy density of the battery cells is reduced by these parts due to the plurality of cooling fins, the cooling plate, and the heat sink inserted and disposed between the battery cells, and the manufacturing cost due to these parts is increased. there is a problem.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack and a vehicle including the battery pack, which can increase the energy density of the battery cells and improve the cooling performance while reducing the manufacturing cost.
  • a battery pack the pack case forming the appearance; At least one battery module provided in the pack case and including at least one battery cell; And a refrigerant circulation unit connected to the at least one battery module to circulate the refrigerant into the at least one battery module, and wherein at least a portion of the refrigerant circulation unit pressurizes the at least one battery module in the pack case.
  • a battery pack is provided.
  • the pack case may include a case body accommodating the at least one battery module and the at least part of the refrigerant circulation unit; And a module pressing plate mounted on the case body and disposed to face at least a portion of the refrigerant circulation unit with the at least one battery module therebetween to pressurize the at least one battery module.
  • the refrigerant circulation unit may include: a circulation unit body configured to store the refrigerant and include a circulation pump for circulation of the refrigerant; And a circulation pipe connected to the circulation unit body and the at least one battery module to circulate the refrigerant into the at least one battery module, and disposed in the case body to pressurize the at least one battery module. It can include;
  • the battery module may be provided in plurality, and the plurality of battery modules may be sequentially disposed between the circulation pipe and the module pressurizing plate, and may be interconnected to allow the refrigerant to be circulated.
  • the circulation pipe is connected to an opposing battery module and pressurizes the plurality of battery modules in the direction of the module pressurization plate, and the module pressurization plate is connected to an opposing battery module and in the direction of the circulation pipe.
  • the battery modules can be pressurized.
  • Each battery module includes: a module case accommodating the at least one battery cell; And a plurality of refrigerant pipes provided in the module case, for introducing the refrigerant into the module case and for exporting the refrigerant in the module case to the outside of the module case.
  • the circulation pipe may be connected to a pair of first refrigerant pipes of the opposite battery module.
  • the circulation pipe may include a connection tube connected to the circulation unit body and disposed in the case body; A refrigerant supply tube protruding from the connection tube and connected to any one of the pair of first refrigerant pipes; And a refrigerant discharge tube protruding from the connection tube and connected to another one of the pair of first refrigerant pipes.
  • connection tube may be disposed in parallel with the module pressing plate.
  • the refrigerant supply tube and the refrigerant discharge tube may be extrapolated or interpolated to the pair of first refrigerant pipes.
  • Sealing members may be fitted between the refrigerant supply tube and the first refrigerant pipe, and between the refrigerant discharge tube and the first refrigerant pipe, respectively.
  • the module press plate may be connected to a pair of second refrigerant pipes of the opposite battery module.
  • the module pressing plate may be provided with a pair of pipe coupling parts that are extrapolated or interpolated to the pair of second refrigerant pipes.
  • a sealing member may be fitted between the pair of pipe coupling portions and the pair of second refrigerant pipes.
  • the pair of first refrigerant pipes of the opposing battery module may be connected to the pair of second refrigerant pipes of the opposing battery module.
  • the pair of first refrigerant pipes of the opposite battery module may be extrapolated or interpolated to the pair of second refrigerant pipes of the opposite battery module.
  • a sealing member may be fitted between the pair of first refrigerant pipes and the pair of second refrigerant pipes.
  • the refrigerant may be insulating oil.
  • the present invention provides a motor vehicle comprising a; battery pack according to the embodiments described above.
  • a battery pack and a vehicle including the battery pack that can increase the energy density of the battery cells and improve the cooling performance while reducing the manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are exploded perspective views of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a battery module of the battery pack of FIG. 4.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion C of FIG. 4.
  • 9 and 10 are diagrams for describing an operation of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 and 3 is an exploded perspective view of the battery pack of Figure 1
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the battery pack of Figure 1
  • Figure 5 4 is a cross-sectional view of a battery module of the battery pack of FIG. 4
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion A of FIG. 4
  • FIG. 7 is an enlarged view of portion B of FIG. 4
  • FIG. 8 is an enlarged view of portion C of FIG. 4. to be.
  • the battery pack 10 may be provided in an automobile as a fuel source of the automobile.
  • the battery pack 10 may be provided in a vehicle in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and in other ways in which the battery pack 10 may be used as a fuel source.
  • the battery pack 10 may be provided in other devices, devices, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle.
  • the battery pack 10 may include a pack case 100, a battery module 200, a refrigerant circulation unit 300, and a sealing member 400.
  • the pack case 100 forms an appearance of the battery pack 10 and may be mounted on a device such as an automobile, an apparatus, a facility, and the like.
  • the pack case 100 may include a case body 110 and a module pressing plate 150.
  • the case body 110 is at least one to be described later, specifically, at least a portion of the plurality of battery modules 200 and the refrigerant circulation unit 300, specifically, the circulation pipe 350 of the refrigerant circulation unit 300.
  • the module pressing plate 150 may be mounted to one end of the case body 110.
  • the module pressing plate 150 is at least one to be described later, specifically, at least a part of the refrigerant circulation unit 300 to be described later, with the plurality of battery modules 200 interposed therebetween, specifically, the refrigerant circulation unit 300 to be described. Is disposed to face the circulation pipe 350 of the at least one, specifically, the plurality of battery modules 200 can be pressed.
  • the module pressurizing plate 150 may be connected to the battery module 200 facing each other, and pressurize the plurality of battery modules 200 in a direction of the circulation pipe 350 to be described later.
  • the module pressing plate 150 may be connected to a pair of second refrigerant pipes 250 of the facing battery module 200 which will be described later.
  • the module pressurizing plate 150 may include a pipe coupling part 155 to connect with the pair of second refrigerant pipes 250.
  • the pipe coupling part 155 may be provided on the inner surface 152 of the module pressing plate 150, and may be provided in pair to correspond to the pair of second refrigerant pipes 250.
  • the pair of pipe coupling units 155 may be extrapolated or interpolated to the pair of second refrigerant pipes 250 of the battery module 200 facing each other.
  • the pair of pipe coupling portions 155 may have a larger diameter than the pair of second refrigerant pipes 250, and when interpolated, the pair of pipe coupling portions 155 may be larger than the pair of second refrigerant pipes 250. It can have a small diameter.
  • the pair of pipe coupling parts 155 have a diameter larger than that of the pair of second refrigerant pipes 250 so as to be extrapolated to the pair of second refrigerant pipes 250.
  • the battery module 200 may be provided in the pack case 100 and may include at least one battery cell 210. Hereinafter, in the present embodiment, only a plurality of battery cells 210 are incorporated.
  • the battery module 200 may be provided in plurality, and may be electrically connected to each other.
  • the plurality of battery modules 200 may be sequentially disposed between the circulation pipe 350 and the module pressure plate 150 of the refrigerant circulation unit 300 to be described later, and the refrigerant R to be described later is Can be interconnected to be circulated.
  • the plurality of battery modules 200 may include a plurality of battery cells 210, a module case 230, and a plurality of refrigerant pipes 240 and 250, respectively.
  • the plurality of battery cells 210 may be provided as pouch type secondary batteries, and may be electrically connected to each other.
  • Each battery cell 210 may include an electrode assembly, a battery case accommodating the electrode assembly, and an electrode lead protruding out of the battery case and electrically connected to the electrode assembly.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead, the positive electrode lead may be connected to the positive electrode plate of the electrode assembly, the negative electrode lead may be connected to the negative electrode plate of the electrode assembly.
  • the module case 230 may accommodate the at least one battery cell 210, specifically, the plurality of battery cells 210.
  • the module case 230 may be filled with the refrigerant (R) supplied from the refrigerant circulation unit 300 to be described later.
  • the refrigerant R may be circulated in the module case 230 to cool the plurality of battery cells 210.
  • the refrigerant R may be provided as a liquid having insulation to ensure safety.
  • the refrigerant R is described as limited to insulating oil.
  • the plurality of refrigerant pipes 240 and 250 are provided in the module case 230, the refrigerant R is introduced into the module case 230, and the refrigerant R inside the module case 230. ) May be exported to the outside of the module case 230.
  • the plurality of refrigerant pipes 240 and 250 may include a pair of first refrigerant pipes 240 and a pair of second refrigerant pipes 250.
  • the pair of first refrigerant pipes 240 may be provided on one side of the module case 230, specifically, on one side surface 232 of the module case 230, and may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the pair of first refrigerant pipes 240 may be connected to the pair of second refrigerant pipes 250 of the battery module 200 facing each other.
  • the pair of first refrigerant pipes 240 of the battery module 200 facing the circulation pipe 350 to be described later may be connected to the circulation pipe 350.
  • the pair of first refrigerant pipes 240 may be extrapolated or interpolated to the pair of second refrigerant pipes 250 facing each other.
  • the diameter d1 of the pair of first refrigerant pipes 240 may be larger than the diameter d2 of the pair of second refrigerant pipes 250 facing each other.
  • the diameter d1 of the pair of first refrigerant pipes 240 may be smaller than the diameter d2 of the pair of second refrigerant pipes 250 facing each other.
  • the diameter d1 of the pair of first refrigerant pipes 240 is interpolated to the pair of second refrigerant pipes 250 facing the pair of first refrigerant pipes 240. The description will be limited to that smaller than the diameter d2 of the pair of second refrigerant pipes 250.
  • the pair of second refrigerant pipes 250 may be provided on the other side of the module case 230, specifically, the other side surface 234 of the module case 230, and may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the pair of second refrigerant pipes 250 includes the pair of pipe coupling portions 155 of the pair of first refrigerant pipes 240 or the module pressurizing plate 150 facing each other. Can be coupled to. According to this combination, the plurality of battery modules 200 may be connected while being pressurized with each other between the module pressure plate 150 and the circulation pipe 350 to be described later.
  • the refrigerant circulation unit 300 includes the at least one battery module 200 to circulate the refrigerant R into the at least one battery module 200, specifically, the plurality of battery modules 200.
  • the plurality of battery modules 200 are connected to each other, and at least a part of the at least one battery module 200 in the pack case 100, specifically, the plurality of battery modules 200. Can be pressurized.
  • the refrigerant circulation unit 300 may include a circulation unit body 310 and a circulation pipe 350.
  • the circulation unit main body 310 is for circulating the refrigerant R into the plurality of battery modules 200.
  • the circulation unit body 310 stores the refrigerant R, and specifically, one side of the pack case 100. It may be mounted on one side of the case body 110.
  • the circulation unit body 310 may include a circulation pump 315.
  • the circulation pump 315 is for circulation of the refrigerant R, and may be provided in the circulation unit body 310.
  • the circulation pump 315 may be a pump having various structures capable of circulating the refrigerant R.
  • the circulation pipe 350 is configured to circulate the refrigerant R into the at least one battery module 200, specifically, the plurality of battery modules 200.
  • One battery module 200 may be connected.
  • the circulation pipe 350 may be disposed in the case body 310 through the case body 310 and may be connected to the battery module 200 facing in the case body 310.
  • the circulation pipe 350 may be connected to a pair of first refrigerant pipes 240 of the battery module 200 facing each other for connection with the at least one battery module 200.
  • the circulation pipe 350 may be arranged to press the at least one battery module 200, specifically, the plurality of battery modules 200 in the case body 310. Specifically, the circulation pipe 350 may press the plurality of battery modules 200 in the direction of the module pressurizing plate 150. Accordingly, the plurality of battery modules 200 may be provided while being pressed in both directions by the module pressing plate 150 and the circulation pipe 350 in the case body 310.
  • the circulation pipe 350 may include a connection tube 352, a refrigerant supply tube 354, and a refrigerant discharge tube 356.
  • connection tube 352 may be connected to the circulation unit main body 310 through the case main body 110 and disposed in the opposite direction of the module pressing plate 150 within the case main body 110. .
  • connection tube 352 may be disposed in parallel with the module pressing plate 150. According to this arrangement, the bidirectional pressurization of the plurality of battery modules 200 through the module pressing plate 150 and the circulation pipe 350, the plurality of battery modules 200, such as twisting It may be disposed in the case body 110 without misalignment.
  • the refrigerant supply tube 354 may guide the at least one battery module 200, specifically, the refrigerant R supplied from the circulation unit body 310 to the plurality of battery modules 200. have.
  • the refrigerant supply tube 354 protrudes from the connection tube 352 toward the opposing battery module 200, and any one of the pair of first refrigerant pipes 240 of the opposing battery module 200. It can be connected with one.
  • the coolant supply tube 354 may be extrapolated or interpolated to any one of the first coolant pipes 240.
  • the refrigerant supply tube 354 may have a larger diameter than the one of the first refrigerant pipes 240, and when interpolated, the refrigerant supply tube 354 has a smaller diameter than the one of the first refrigerant pipes 240.
  • the refrigerant supply tube 354 has a larger diameter than the one of the first refrigerant pipes 240 so as to be extrapolated to the one of the first refrigerant pipes 240.
  • the refrigerant discharge tube 356 may guide the refrigerant R circulated from the at least one battery module 200, specifically, the plurality of battery modules 200, to the circulation unit body 310. have.
  • the refrigerant discharge tube 356 protrudes from the connection tube 352 toward the opposing battery module 200 and the other of the pair of first refrigerant pipes 240 of the opposing battery module 200. It can be connected with one.
  • the refrigerant discharge tube 356 may be coupled to the other first refrigerant pipe 240 by extrapolation or interpolation.
  • the refrigerant discharge tube 356 may have a larger diameter than the other first refrigerant pipe 240, and when interpolated, the refrigerant discharge tube 356 may have a diameter smaller than that of the other first refrigerant pipe 240.
  • the refrigerant discharge tube 356 has a diameter larger than that of the other first refrigerant pipe 240 so as to be extrapolated to the other first refrigerant pipe 240.
  • the sealing member 400 prevents the leakage of the refrigerant R, and also the pair of pipe coupling parts 155 of the module pressing plate 150 and the pair of agent of the battery module 200.
  • 1 refrigerant pipe 240, the pair of second refrigerant pipes 250 of the battery module 200, the refrigerant supply tube 354 of the circulation pipe 350 and the refrigerant of the circulation pipe 350 may be provided in plurality.
  • Each of the plurality of sealing members 400 may include the pair of pipe coupling parts 155 of the module pressing plate 150 and the pair of second refrigerant pipes 250 of the battery module 200. Between the pair of first refrigerant pipes 240 and the pair of second refrigerant pipes 250 of the facing battery module 200, the refrigerant supply tube 354 of the circulation pipe 350 therebetween. And the other of the first refrigerant pipe 240 of the facing battery module 200, and the other of the battery module 200 facing the refrigerant discharge tube 356 of the circulation pipe 350. It may be sandwiched between one first refrigerant pipe 240.
  • the plurality of sealing members 400 may be provided as, for example, an O-ring made of rubber.
  • the present invention is not limited thereto, and may be provided as a member having other materials and shapes capable of preventing leakage of the refrigerant R and firmly bonding force.
  • 9 and 10 are diagrams for describing an operation of the battery pack of FIG. 1.
  • the battery pack 10 moves the plurality of battery modules 200 in both directions through the module pressure plate 150 and the circulation pipe 350.
  • the cells 210 may be pressed in the plane direction.
  • the reliability of the connection structure between the plurality of battery modules 200 for circulation of the refrigerant R may be improved through the pressurized structure.
  • deformation or damage of the plurality of battery modules 200 may be effectively prevented when cell swelling occurs later.
  • the battery pack 10 may circulate the refrigerant R in the plurality of battery modules 200 through the refrigerant circulation unit 300.
  • the cooling efficiency of the plurality of battery modules 200 may be significantly improved through the refrigerant R circulated.
  • the refrigerant (R) circulation structure it is possible to omit a plurality of components, such as a plurality of cooling fins, cooling plates and heat sinks provided for the conventional cooling, thereby reducing the manufacturing cost
  • the volume ratio of the battery cells 210 may be increased by these components, thereby increasing the energy density of the battery cells 210.
  • the battery pack 10 may increase the energy density and improve the cooling performance of the battery cells 210 while reducing manufacturing costs.
  • an apparatus, a device, and a facility such as the vehicle having the battery pack 10 according to the present embodiment may also have all the advantages due to the battery pack 10 described above.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 외관을 형성하는 팩 케이스, 팩 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 내장하는 적어도 하나의 배터리 모듈 및 적어도 하나의 배터리 모듈 내부로 냉매를 순환시킬 수 있게 적어도 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 적어도 일부가 팩 케이스 내에서 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압하는 냉매 순환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 11월 02일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2015-0153324호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 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) 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 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
멀티 배터리 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 냉각 장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.
하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수 만큼 적층시켜 패키징하며, 배터리 팩은 이러한 복수 개의 배터리 모듈들을 필요한 수만큼 적층시켜 패키징한다. 그리고 각각의 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀들 중간 중간에 방열부재로서 배터리 셀의 면적에 대응되는 복수 개의 냉각 핀들을 삽입한다. 각각의 배터리 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀들은 배터리 팩의 저부에 구비되는 히트 싱크에 냉각 플레이트를 통해 연결되어 그 열을 전달하고 히트 싱크는 냉각수 또는 냉각 공기에 의해 냉각된다.
또한, 종래의 배터리 팩에서는, 배터리 셀들 사이에 삽입되어 배치되는 복수 개의 냉각 핀들, 냉각 플레이트 및 히트 싱크로 인해 이들 부품들만큼 배터리 셀들의 에너지 밀도가 저하되며, 이들 부품들로 인한 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 비용을 절감하면서 배터리 셀들의 에너지 밀도를 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 외관을 형성하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 내장하는 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈 내부로 냉매를 순환시킬 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 적어도 일부가 상기 팩 케이스 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압하는 냉매 순환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 팩 케이스는, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈 및 상기 냉매 순환유닛의 상기 적어도 일부를 수용하는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체에 장착되며, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 사이에 두고 상기 냉매 순환유닛의 적어도 일부와 대향 배치되어 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압하는 모듈 가압 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 냉매 순환유닛은, 상기 냉매를 저장하며, 상기 냉매의 순환을 위한 순환 펌프를 구비하는 순환유닛 본체; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈 내부로 상기 냉매를 순환시킬 수 있게 상기 순환유닛 본체와 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 연결하며, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압할 수 있게 상기 케이스 본체 내에 배치되는 순환 파이프;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈들은, 상기 순환 파이프 및 상기 모듈 가압 플레이트 사이에 순차적으로 배치되며, 상기 냉매가 순환될 수 있게 상호 연결될 수 있다.
상기 순환 파이프는, 마주 하는 배터리 모듈에 연결되고, 상기 모듈 가압 플레이트 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 가압하며, 상기 모듈 가압 플레이트는, 마주 하는 배터리 모듈에 연결되고, 상기 순환 파이프 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 가압할 수 있다.
각각의 배터리 모듈은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 냉매를 상기 모듈 케이스 내부로 들여보내고 상기 모듈 케이스 내부의 냉매를 상기 모듈 케이스 외부로 내보내기 위한 복수 개의 냉매 파이프들;을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 파이프들은, 상기 모듈 케이스의 일측에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치되는 한 쌍의 제1 냉매 파이프; 및 상기 모듈 케이스의 타측에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치되는 한 쌍의 제2 냉매 파이프;를 포함할 수 있다.
상기 순환 파이프는, 마주 하는 배터리 모듈의 한 쌍의 제1 냉매 파이프와 연결될 수 있다.
상기 순환 파이프는, 상기 순환유닛 본체와 연결되며, 상기 케이스 본체 내에 배치되는 연결 튜브; 상기 연결 튜브로부터 돌출되며, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프 중 어느 하나와 연결되는 냉매 공급 튜브; 및 상기 연결 튜브로부터 돌출되며, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프 중 다른 하나와 연결되는 냉매 배출 튜브;를 포함할 수 있다.
상기 연결 튜브는, 상기 모듈 가압 플레이트와 평행하게 배치될 수 있다.
상기 냉매 공급 튜브 및 상기 냉매 배출 튜브는, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프에 외삽 또는 내삽될 수 있다.
상기 냉매 공급 튜브와 상기 제1 냉매 파이프 사이 및 상기 냉매 배출 튜브 및 상기 제1 냉매 파이프 사이에는, 각각, 실링부재가 끼워질 수 있다.
상기 모듈 가압 플레이트는, 마주 하는 배터리 모듈의 한 쌍의 제2 냉매 파이프와 연결될 수 있다.
상기 모듈 가압 플레이트에는, 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프에 외삽 또는 내삽되는 한 쌍의 파이프 결합부가 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 파이프 결합부와 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프 사이에는 실링부재가 끼워질 수 있다.
마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프는, 마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프와 연결될 수 있다.
마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프는, 마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프에 외삽 또는 내삽될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프와 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프 사이에는 실링부재가 끼워질 수 있다.
상기 냉매는 절연유일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 제조 비용을 절감하면서 배터리 셀들의 에너지 밀도를 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 단면도이다.
도 5는 도 4의 배터리 팩의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6은 도 4의 A 부분의 확대도이다.
도 7은 도 4의 B 부분의 확대도이다.
도 8은 도 4의 C 부분의 확대도이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 배터리 팩의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이며, 도 4는 도 1의 배터리 팩의 단면도이며, 도 5는 도 4의 배터리 팩의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 6은 도 4의 A 부분의 확대도이며, 도 7은 도 4의 B 부분의 확대도이며, 도 8은 도 4의 C 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(10)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(10)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(10)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이러한 상기 배터리 팩(10)은, 팩 케이스(100), 배터리 모듈(200), 냉매 순환유닛(300) 및 실링부재(400)를 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(100)는 상기 배터리 팩(10)의 외관을 형성하며, 상기 자동차 등 장치나 기구 및 설비 등에 장착될 수 있다. 이러한 상기 팩 케이스(100)는, 케이스 본체(110) 및 모듈 가압 플레이트(150)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(110)는 후술하는 적어도 하나, 구체적으로, 복수 개의 배터리 모듈들(200) 및 냉매 순환유닛(300)의 적어도 일부, 구체적으로, 상기 냉매 순환유닛(300)의 순환 파이프(350)를 수용할 수 있다.
상기 모듈 가압 플레이트(150)는 상기 케이스 본체(110)의 일단부에 장착될 수 있다. 상기 모듈 가압 플레이트(150)는 후술하는 적어도 하나, 구체적으로, 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 사이에 두고 후술하는 냉매 순환유닛(300)의 적어도 일부, 구체적으로, 상기 냉매 순환유닛(300)의 순환 파이프(350)와 대향 배치되어 상기 적어도 하나, 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 가압할 수 있다.
이러한 상기 모듈 가압 플레이트(150)는 마주 하는 배터리 모듈(200)에 연결되고, 후술하는 순환 파이프(350) 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 가압할 수 있다.
이를 위해, 상기 모듈 가압 플레이트(150)는 후술하는 마주 하는 배터리 모듈(200)의 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)와 연결될 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)와의 연결을 위해 상기 모듈 가압 플레이트(150)는 파이프 결합부(155)를 포함할 수 있다.
상기 파이프 결합부(155)는 상기 모듈 가압 플레이트(150)의 내면(152)에 구비되며, 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)와 대응되게 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 파이프 결합부(155)는 마주 하는 상기 배터리 모듈(200)의 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)에 외삽 또는 내삽되어 결합될 수 있다. 외삽될 경우, 상기 한 쌍의 파이프 결합부(155)는 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)보다 큰 직경을 가질 수 있으며, 내삽될 경우, 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 파이프 결합부(155)가 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)에 외삽되도록 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)보다 큰 직경을 가진 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 모듈(200)은 상기 팩 케이스(100) 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀(210)을 내장할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 복수 개의 배터리 셀들(210)을 내장하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 모듈(200)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)은 후술하는 상기 냉매 순환유닛(300)의 순환 파이프(350) 및 상기 모듈 가압 플레이트(150) 사이에 순차적으로 배치될 수 있으며, 후술하는 냉매(R)가 순환될 수 있게 상호 연결될 수 있다.
이하, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)에 대해 더 자세히 살펴 본다.
상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)은, 각각, 복수 개의 배터리 셀들(210), 모듈 케이스(230), 복수 개의 냉매 파이프들(240, 250)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(210)은 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있으며, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 배터리 셀(210)은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전극 리드는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있으며, 상기 양극 리드는 상기 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 상기 음극 리드는 상기 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
상기 모듈 케이스(230)는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(210), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀들(210)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 모듈 케이스(230)는 후술하는 냉매 순환유닛(300)으로부터 공급된 냉매(R)가 채워질 수 있다. 상기 냉매(R)는 상기 모듈 케이스(230) 내에 순환 가능하게 채워져 상기 복수 개의 배터리 셀들(210)을 냉각시킬 수 있다. 이러한 상기 냉매(R)는 안전성 확보를 위해 절연성을 갖는 액체로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서 상기 냉매(R)는 절연유인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 냉매 파이프들(240, 250)은 상기 모듈 케이스(230)에 구비되며, 상기 냉매(R)를 상기 모듈 케이스(230) 내부로 들여 보내고, 상기 모듈 케이스(230) 내부의 냉매(R)를 상기 모듈 케이스(230) 외부로 내보낼 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 냉매 파이프들(240, 250)은 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240) 및 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)는 상기 모듈 케이스(230)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(230)의 일측면(232)에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)는 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)와 연결될 수 있다. 그리고, 후술하는 순환 파이프(350)를 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)는 상기 순환 파이프(350)와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)는 마주 하는 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)에 외삽 또는 내삽되어 결합될 수 있다. 외삽될 경우, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)의 직경(d1)은 마주 하는 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)의 직경(d2)보다 클 수 있으며, 내삽될 경우, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)의 직경(d1)은 마주 하는 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)의 직경(d2)보다 작을 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)가 마주 하는 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)에 내삽되도록 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)의 직경(d1)이 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)의 직경(d2)보다 작은 것으로 한정하여 설명한다.
상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)는 상기 모듈 케이스(230)의 타측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(230)의 타측면(234)에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250)는 앞서 살펴 본 바와 같이, 마주 하는 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240) 또는 상기 모듈 가압 플레이트(150)의 상기 한 쌍의 파이프 결합부(155)에 결합될 수 있다. 이러한 결합에 따라, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)은 상기 모듈 가압 플레이트(150)와 후술하는 순환 파이프(350) 사이에서 서로 가압되면서 연결될 수 있다.
상기 냉매 순환유닛(300)은 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200) 내부로 냉매(R)를 순환시킬 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)과 연결되며, 적어도 일부가 상기 팩 케이스(100) 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 가압할 수 있다.
이러한 상기 냉매 순환유닛(300)은, 순환유닛 본체(310) 및 순환 파이프(350)를 포함할 수 있다.
상기 순환유닛 본체(310)는 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200) 내부로 상기 냉매(R)를 순환시키기 위한 것으로서, 상기 냉매(R)를 저장하며, 상기 팩 케이스(100)의 일측, 구체적으로, 상기 케이스 본체(110)의 일측에 장착될 수 있다.
이러한 상기 순환유닛 본체(310)는 순환 펌프(315)를 포함할 수 있다.
상기 순환 펌프(315)는 상기 냉매(R)의 순환을 위한 것으로서, 상기 순환유닛 본체(310) 내에 구비될 수 있다. 상기 순환 펌프(315)는 상기 냉매(R)를 순환시킬 수 있는 다양한 구조의 펌프일 수 있다.
상기 순환 파이프(350)는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200) 내부로 상기 냉매(R)를 순환시킬 수 있게 상기 순환유닛(310)와 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200)을 연결할 수 있다.
상기 순환 파이프(350)는 상기 케이스 본체(310)를 관통하여 상기 케이스 본체(310) 내에 배치될 수 있고, 상기 케이스 본체(310) 내에서 마주 하는 배터리 모듈(200)에 연결될 수 있다. 여기서, 상기 순환 파이프(350)는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200)과의 연결을 위해, 마주 하는 배터리 모듈(200)의 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)에 연결될 수 있다.
상기 순환 파이프(350)는 상기 케이스 본체(310) 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 가압할 수 있게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 순환 파이프(350)는 상기 모듈 가압 플레이트(150) 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 가압할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)은 상기 케이스 본체(310) 내에서 상기 모듈 가압 플레이트(150) 및 상기 순환 파이프(350)에 의해 양 방향으로 가압되면서 구비될 수 있다.
이러한 상기 순환 파이프(350)는, 연결 튜브(352), 냉매 공급 튜브(354) 및 냉매 배출 튜브(356)를 포함할 수 있다.
상기 연결 튜브(352)는 상기 케이스 본체(110)를 관통하여 상기 순환유닛 본체(310)와 연결되며, 상기 케이스 본체(110) 내에서 상기 모듈 가압 플레이트(150)의 반대 방향에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 연결 튜브(352)는 상기 모듈 가압 플레이트(150)와 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 배치에 따라, 상기 모듈 가압 플레이트(150) 및 상기 순환 파이프(350)를 통한 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)에 대한 양 방향 가압 시, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)은 뒤틀리는 등의 어긋남 없이 상기 케이스 본체(110) 내에 배치될 수 있다.
상기 냉매 공급 튜브(354)는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 순환유닛 본체(310)로부터 공급된 상기 냉매(R)를 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)로 안내할 수 있다. 이러한 상기 냉매 공급 튜브(354)는 상기 연결 튜브(352)로부터 상기 마주 하는 배터리 모듈(200)을 향해 돌출되며, 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240) 중 어느 하나와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 냉매 공급 튜브(354)는 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240)에 외삽 또는 내삽되어 결합될 수 있다. 외삽될 경우, 상기 냉매 공급 튜브(354)는 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 큰 직경을 가질 수 있으며, 내삽될 경우, 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 냉매 공급 튜브(354)가 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240)에 외삽되도록 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 큰 직경을 가진 것으로 한정하여 설명한다.
상기 냉매 배출 튜브(356)는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(200), 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)로부터 순환된 상기 냉매(R)를 상기 순환유닛 본체(310)로 안내할 수 있다. 이러한 상기 냉매 배출 튜브(356)는 상기 연결 튜브(352)로부터 상기 마주 하는 배터리 모듈(200)을 향해 돌출되며, 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240) 중 다른 하나와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 냉매 배출 튜브(356)는 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240)에 외삽 또는 내삽되어 결합될 수 있다. 외삽될 경우, 상기 냉매 배출 튜브(356)는 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 큰 직경을 가질 수 있으며, 내삽될 경우, 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 냉매 배출 튜브(356)가 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240)에 외삽되도록 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240)보다 큰 직경을 가진 것으로 한정하여 설명한다.
상기 실링부재(400)는 상기 냉매(R)의 유출을 방지함과 아울러 상기 모듈 가압 플레이트(150)의 상기 한 쌍의 파이프 결합부(155), 상기 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240), 상기 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250), 상기 순환 파이프(350)의 상기 냉매 공급 튜브(354) 및 상기 순환 파이프(350)의 상기 냉매 배출 튜브(356) 사이의 결합력을 견고히 하기 위한 것으로서, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 실링부재들(400)은, 각각, 상기 모듈 가압 플레이트(150)의 상기 한 쌍의 파이프 결합부(155)와 상기 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250) 사이, 상기 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프(240)와 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프(250) 사이, 상기 순환 파이프(350)의 상기 냉매 공급 튜브(354)와 상기 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 어느 하나의 제1 냉매 파이프(240) 사이, 및 상기 순환 파이프(350)의 상기 냉매 배출 튜브(356)와 상기 마주 하는 배터리 모듈(200)의 상기 다른 하나의 제1 냉매 파이프(240) 사이에 끼워질 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 실링부재들(400)은, 예로써, 고무 재질의 오링으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 냉매(R)의 유출을 방지함과 아울러 결합력을 견고히 할 수 있는 기타 다른 재질 및 형상의 부재로 구비될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 이러한 구조의 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)의 구체적인 동작에 대해 자세히 설명한다.
도 9 및 도 10은 도 1의 배터리 팩의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 먼저, 상기 배터리 팩(10)은, 상기 모듈 가압 플레이트(150) 및 상기 순환 파이프(350)를 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 양 방향에서 상기 배터리 셀들(210)을 면 방향에서 가압할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)의 상기 케이스 본체(110) 내 장착 시, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)의 안정적인 고정을 위한 별도의 텐션 바와 같은 추가 부품 등이 요구되지 않아, 상기 배터리 팩(10)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 이러한 상기 가압 구조를 통해 상기 냉매(R)의 순환을 위한 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200) 사이의 연결 구조의 신뢰성 또한 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는 상기 가압 구조를 통해, 추후 셀 스웰링 발생 시 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)의 변형이나 파손 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 팩(10)은 상기 냉매 순환유닛(300)을 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200) 내에서 상기 냉매(R)를 순환시킬 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 순환되는 상기 냉매(R)를 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)의 냉각 효율이 현저히 향상될 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는 이러한 냉매(R) 순환 구조를 통해, 종래 냉각을 위해 구비되던 복수 개의 냉각 핀들, 냉각 플레이트 및 히트 싱크 등의 부품 등을 생략할 수 있어, 이에 따른 제조 비용을 절감할 수 있고, 이들 부품들만큼 상기 배터리 셀들(210)의 용적률을 높일 수 있어, 상기 배터리 셀들(210)의 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는 제조 비용을 절감하면서 상기 배터리 셀들(210)의 에너지 밀도를 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 상기 배터리 팩(10)을 제공할 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)을 구비하는 상기 자동차와 같은 장치나 기구 및 설비 또한 전술한 상기 배터리 팩(10)으로 인한 장점을 모두 가질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 외관을 형성하는 팩 케이스;
    상기 팩 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 내장하는 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈 내부로 냉매를 순환시킬 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 적어도 일부가 상기 팩 케이스 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압하는 냉매 순환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈 및 상기 냉매 순환유닛의 상기 적어도 일부를 수용하는 케이스 본체; 및
    상기 케이스 본체에 장착되며, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 사이에 두고 상기 냉매 순환유닛의 적어도 일부와 대향 배치되어 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압하는 모듈 가압 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매 순환유닛은,
    상기 냉매를 저장하며, 상기 냉매의 순환을 위한 순환 펌프를 구비하는 순환유닛 본체; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈 내부로 상기 냉매를 순환시킬 수 있게 상기 순환유닛 본체와 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 연결하며, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 가압할 수 있게 상기 케이스 본체 내에 배치되는 순환 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 배터리 모듈들은,
    상기 순환 파이프 및 상기 모듈 가압 플레이트 사이에 순차적으로 배치되며, 상기 냉매가 순환될 수 있게 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 순환 파이프는,
    마주 하는 배터리 모듈에 연결되고, 상기 모듈 가압 플레이트 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 가압하며,
    상기 모듈 가압 플레이트는,
    마주 하는 배터리 모듈에 연결되고, 상기 순환 파이프 방향으로 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 배터리 모듈은,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 냉매를 상기 모듈 케이스 내부로 들여보내고 상기 모듈 케이스 내부의 냉매를 상기 모듈 케이스 외부로 내보내기 위한 복수 개의 냉매 파이프들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 파이프들은,
    상기 모듈 케이스의 일측에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치되는 한 쌍의 제1 냉매 파이프; 및
    상기 모듈 케이스의 타측에 구비되며, 서로 소정 거리 이격 배치되는 한 쌍의 제2 냉매 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 순환 파이프는,
    마주 하는 배터리 모듈의 한 쌍의 제1 냉매 파이프와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 순환 파이프는,
    상기 순환유닛 본체와 연결되며, 상기 케이스 본체 내에 배치되는 연결 튜브;
    상기 연결 튜브로부터 돌출되며, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프 중 어느 하나와 연결되는 냉매 공급 튜브; 및
    상기 연결 튜브로부터 돌출되며, 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프 중 다른 하나와 연결되는 냉매 배출 튜브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연결 튜브는,
    상기 모듈 가압 플레이트와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 냉매 공급 튜브 및 상기 냉매 배출 튜브는,
    상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프에 외삽 또는 내삽되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉매 공급 튜브와 상기 제1 냉매 파이프 사이 및 상기 냉매 배출 튜브 및 상기 제1 냉매 파이프 사이에는, 각각, 실링부재가 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 모듈 가압 플레이트는,
    마주 하는 배터리 모듈의 한 쌍의 제2 냉매 파이프와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제7항에 있어서,
    마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제1 냉매 파이프는,
    마주 하는 배터리 모듈의 상기 한 쌍의 제2 냉매 파이프와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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