WO2018074686A1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2018074686A1
WO2018074686A1 PCT/KR2017/003999 KR2017003999W WO2018074686A1 WO 2018074686 A1 WO2018074686 A1 WO 2018074686A1 KR 2017003999 W KR2017003999 W KR 2017003999W WO 2018074686 A1 WO2018074686 A1 WO 2018074686A1
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cooling
connection pipe
pipe
cooling tube
disposed
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PCT/KR2017/003999
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English (en)
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박주용
김현희
박동진
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삼성에스디아이주식회사
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Publication date
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    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
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    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • 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 module.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that is not rechargeable.
  • Secondary batteries are used as energy sources for mobile devices, electric vehicles, hybrid cars, electric bicycles, uninterruptible power supplies, etc., and may also be used in the form of a single battery, depending on the type of external devices. It is also used in the form of a module that connects the batteries of the unit into a unit.
  • a small mobile device such as a mobile phone can operate for a predetermined time with the output and capacity of a single battery.
  • the module type including the battery is preferred, and the output voltage or the output current can be increased according to the number of built-in batteries.
  • Embodiments of the present invention seek to provide a battery module.
  • a first cooling tube a second cooling tube connected to the first cooling tube and arranged in a plane different from the first cooling tube, and the first cooling tube and the second cooling tube It includes a branch for connecting, wherein the branch, one of the lower connecting pipe connected to the first cooling pipe, the upper connecting pipe connected to the second cooling pipe, the lower connecting pipe or the upper connecting pipe Inserted, it may provide a battery module including a connection member which is inserted into the other of the lower connection pipe or the upper connection pipe.
  • Embodiments of the present invention it is possible to connect the cooling tubes arranged in different planes through a simple structure through a connecting member.
  • embodiments of the present invention can prevent the failure and damage of the battery module due to leakage by increasing the life of the battery module by sealing when connecting the cooling tubes arranged in different planes through the connecting member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an internal structure of the battery module illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating the first cooling plate illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating the second cooling plate illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the third cooling plate illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating first to third cooling tubes embedded in the first to third cooling plates illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 3.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the first connection member shown in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a coupling relationship between the first connection member illustrated in FIG. 9.
  • a first cooling tube a second cooling tube connected to the first cooling tube and arranged in a plane different from the first cooling tube, and the first cooling tube and the second cooling tube It includes a branch for connecting, wherein the branch, one of the lower connecting pipe connected to the first cooling pipe, the upper connecting pipe connected to the second cooling pipe, the lower connecting pipe or the upper connecting pipe Inserted, it may provide a battery module including a connection member which is inserted into the other of the lower connection pipe or the upper connection pipe.
  • connection member may include a protrusion protruding toward the lower connection pipe or the upper connection pipe.
  • the protrusion may include an outer protrusion protruding toward one side of the lower connection pipe or the upper connection pipe, and an inner protrusion protruding to the other side of the lower connection pipe or the upper connection pipe.
  • the plurality of protrusions may be provided, the plurality of protrusions may be arranged to be spaced apart from each other.
  • the protrusion may be formed around the outer surface of the connecting member to form a closed loop.
  • connection member may include a core member and an outer shell member disposed to surround the outer surface of the core member.
  • the core member and the shell member may be different in hardness from each other.
  • connection member may include a seating portion supporting the end of one of the lower connection pipe or the upper connection pipe, and a catching portion caught by the other end of the lower connection pipe or the upper connection pipe.
  • the apparatus may further include a lower branch block disposed between the first cooling tube and the lower connection tube.
  • the apparatus may further include an upper branch block disposed between the second cooling tube and the upper connection tube.
  • the apparatus may further include a first cooling plate on which the first cooling tube is disposed.
  • the apparatus may further include a second cooling plate on which the second cooling tube is disposed.
  • connection member may be coupled to the lower connection pipe or the upper connection pipe interference fit.
  • the apparatus may further include a third cooling tube connected to the first cooling tube and disposed on a plane different from the first cooling tube to form a predetermined angle with the first cooling tube.
  • the apparatus may further include a third cooling plate on which the third cooling pipe is disposed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 100 may include a first cooling plate 121 disposed on the bottom of the battery module 100 and a plurality of battery packs disposed on the first cooling plate 121. It may be assembled to face the first cooling plate 121 to form a receiving space of the battery pack, and may include a cover 110 for protecting a plurality of the battery pack from the external environment.
  • the first cooling plate 121 and the cover 110 may be formed in the same shape, for example, in the form of a T shape extending in different first and second directions Z1 and Z2 so as to face each other. have.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an internal structure of the battery module illustrated in FIG. 1.
  • FIGS. 3 to 5 are perspective views of the first to third cooling plates illustrated in FIG. 2.
  • a second cooling plate 122 spaced apart from the first cooling plate 121 with the pack receiving portion g therebetween,
  • the third cooling plate 123 spaced apart from the first cooling plate 121 with the pack receiving portion g therebetween may be disposed.
  • the first to third cooling plates 121, 122, and 123 are in direct contact with the battery packs 131, 132, and 133, respectively, to dissipate the battery packs 131, 132, and 133, and the heat dissipation of the battery packs 131, 132, and 133 together with the support role of the battery packs 131, 132, 133.
  • the first cooling plate 121 may be disposed at a first level h1 corresponding to the bottom of the battery module to support the battery pack 131 of the first group and be responsible for heat dissipation thereof.
  • the second cooling plate 122 may be disposed at a second level h2 spaced upwardly from the first level h1 to support the battery pack 132 of the second group and may be in charge of heat dissipation thereof.
  • the third cooling plate 123 may be disposed at a third level h3 spaced upwardly from the first level h1 to support the third group of battery packs 133 and to be responsible for heat dissipation thereof. have.
  • the battery packs 131, 132, and 133 of the first to third groups are denoted as mounting points of the battery pack.
  • the battery packs 131, 132, and 133 of the first to third groups may include at least one or more battery packs, and may include different numbers of battery packs.
  • the first group of battery packs 131, 132, 133 may be disposed at the first level h1 corresponding to the bottom of the battery module to include the largest number of battery packs, and The battery pack 132 may include the smallest number of battery packs.
  • the third group of battery packs 133 may include fewer battery packs than the first group of battery packs 131 and more than the second group of battery packs 132.
  • the first group of battery packs 131 disposed on the first cooling plate 121 may include four battery packs.
  • the first cooling plate 121 has a longitudinal portion 121A extending along the first direction Z1 and a transverse portion 121B extending along the second direction Z2.
  • the battery pack may include two battery packs above the longitudinal portion 121A along the first direction Z1, and two battery packs above the horizontal portion 121B along the second direction Z2.
  • the battery pack can be arranged.
  • the second group of battery packs 132 disposed on the second cooling plate 122 may include two battery packs.
  • the second cooling plate 122 may extend in the first direction Z1, and two battery packs may be disposed on the second cooling plate 122 in the first direction Z1.
  • the third group of battery packs 133 disposed on the third cooling plate 123 may include two battery packs.
  • the third cooling plate 123 may extend in the second direction Z2, and two battery packs may be disposed on the third cooling plate 123 along the second direction Z2.
  • the first cooling plate 121 has a longitudinal direction 121A extending in the first direction Z1 and a transverse direction extending in the second direction Z2 in a direction different from the first direction Z1.
  • the part 121B is included.
  • the longitudinal portion 121A and the lateral portion 121B may extend in the first and second directions Z1 and Z2 perpendicular to each other. Accordingly, the first cooling plate 121 may have a T-shape as a whole.
  • a second cooling plate 122 may be formed above the longitudinal portion 121A of the first cooling plate 121 and spaced apart from each other with the pack receiving portion g therebetween.
  • the longitudinal portion 121A and the second cooling plate 122 of the first cooling plate 121 may be formed to be parallel to each other along the first direction Z1.
  • a third cooling plate 123 spaced apart from each other with the pack receiving portion g therebetween may be formed above the lateral direction 121B of the first cooling plate 121.
  • the transverse direction 121B and the third cooling plate 123 of the first cooling plate 121 may be formed to be parallel to each other along the second direction Z2.
  • the second cooling plate 122 and the third cooling plate 123 may be spaced apart from each other.
  • the first cooling plate 121 may form the bottom of the entire battery module, and may provide a base of the entire battery module. That is, the second and third cooling plates 122 and 123 may be supported on the first cooling plate 121. To this end, legs 142 and 143 may be formed in the second and third cooling plates 122 and 123 to support the second and third cooling plates 122 and 123 at an upper position from the first cooling plate 121. have. That is, the legs 142 and 143 are formed between the first and second cooling plates 121 and 122 and between the first and third cooling plates 121 and 123, so that the pack accommodating part g is separated from the first cooling plate 121. The second and third cooling plates 122 and 123 may be supported therebetween.
  • Coupling holes 142a and 143a are formed in the legs 142 and 143 protruding from the second and third cooling plates 122 and 123, and fastened to the first cooling plate 121 through the coupling holes 142a and 143a.
  • the second and third cooling plates 122 and 123 may be fixed through the member (not shown).
  • the cover 110 may be covered on the first cooling plate 121 to which the second and third cooling plates 122 and 123 are fixed.
  • the cover 110 may seal the first to third groups of battery packs 131, 132, and 133 disposed on the first to third cooling plates 121, 122, and 123 to protect from the external environment. That is, the first cooling plate 121 and the cover 110 may be assembled to face each other to form an accommodation space in which the first to third groups of battery packs 131, 132, and 133 are accommodated.
  • the first cooling plate 121 and the cover 110 may be formed in the same shape, for example, a T shape so as to be assembled to face each other.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating first to third cooling tubes embedded in the first to third cooling plates illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 3.
  • the first to third cooling plates 121, 122, and 123 support the battery packs 131, 132, and 133, and are in thermal contact with the battery packs 131, 132, and 133, for example, in direct contact with the battery.
  • the packs 131, 132, and 133 may radiate heat.
  • the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 may be disposed on the first to third cooling plates 121, 122, and 123.
  • the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 may be embedded in the first to third cooling plates 121, 122, and 123.
  • the first to third cooling pipes 171, 172, and 173 may be integrally formed with the first to third cooling plates 121, 122, and 123 while being embedded in the first to third cooling plates 121, 122, and 123.
  • the first to third cooling pipes 171, 172, and 173 may be formed of different dissimilar metal materials from the first to third cooling plates 121, 122, and 123, and may be formed through die casting.
  • the first to third cooling plates 121, 122, and 123 may be formed by injecting molten metal for plate formation into a mold (not shown) to which the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 are fixed. Can be. In this manner, the first to third cooling plates 121, 122, and 123 in which the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 are integrally embedded may be obtained.
  • the first to third cooling tubes 171, 172, 173 and the first to third cooling plates 121, 122, and 123 may be formed of different dissimilar metal materials, and the first to third cooling tubes 171, 172, 173 may be relatively As a result, it may be formed of a SUS material having a high melting point, and the first to third cooling plates 121, 122, and 123 may be formed of an aluminum material having a relatively low melting point.
  • molten aluminum may be injected, and the first to third cooling tubes according to the difference in melting point.
  • the first to third cooling pipes 171, 172, 173 and the first to third cooling plates 121, 122, and 123 to embed the first and third cooling pipes 171, 172, and 173 have excellent thermal conductivity and different characteristics for smooth heat dissipation of the battery packs 131, 132, and 133, which are in thermal contact therewith. It may be formed of a SUS material and an aluminum material having a melting point.
  • the first cooling tube 171 is embedded in the first cooling plate 121
  • the second cooling tube 172 is embedded in the second cooling plate 122
  • the third cooling tube 173 may be embedded in the third cooling plate 123.
  • the first cooling tube 171 may be disposed at the same level as the first cooling plate 121, that is, the first level h1 corresponding to the bottom of the entire battery module
  • the second cooling tube 172 may be disposed on the first cooling tube 172. May be disposed at the same level as the second cooling plate 122, that is, the second level h2 raised from the bottom level of the entire battery module.
  • the third cooling pipe 173 may be disposed at the same level as the third cooling plate 123, that is, the third level h3 raised from the bottom level of the entire battery module.
  • the second level h2 of the second cooling tube 172 and the third level h3 of the third cooling tube 173 may correspond to the same level.
  • the first cooling tube 171 and the second cooling tube 172 or the first cooling tube 171 and the third cooling tube 173 may be connected to each other through a branch (not shown).
  • the first cooling tube 171 and the second cooling tube 172 may be connected to each other through the front branch 150.
  • the external branch pipe 190 may be connected to the front branch 150 together with the first and second cooling pipes 171 and 172.
  • the cooling medium flowing from the external connection pipe 190 is distributed to the first and second cooling pipes 171 and 172 through the front branch 150, and conversely, the cooling medium from the first and second cooling pipes 171 and 172. May be collected by the front branch 150 and flow out to the external connection pipe 190.
  • the low-temperature cooling medium introduced through the outer connecting pipe 190 and the front branch 150 is branched into the first and second cooling pipes (171, 172) of the first and second groups, respectively.
  • Heat exchange with the battery pack (not shown) the cooling medium heated to a high temperature through this heat exchange is collected by the front branch 150, the external connector 190 connected to the front branch 150 Can be spilled through.
  • the cooling medium flowing through the first cooling pipe 171 may be branched to the third cooling pipe 173 through the rear branch 160. That is, some of the cooling medium flowing into the first cooling pipe 171 through the front branch 150 dissipates the battery pack 131 of the first group and then passes through the bypass flow path 171B. Returning to 150, another portion of the cooling medium introduced into the first cooling tube 171 may be introduced into the third cooling tube 173 through the rear branch 160.
  • the front branch 150 may be formed at the front position in the entire battery module
  • the rear branch 160 may be formed at the rear position in the entire battery module.
  • reference numerals 150 ′ and 6 in FIG. 6 refer to the front branches, but only a part (lower part) of the front branches is shown in FIG.
  • reference numeral 160 ′ and reference numeral 160 in FIG. 6 all refer to rear branches, but only a part (lower portion) of the rear branches is shown in the drawings, and thus, different reference numerals are given.
  • the first cooling tube 171 and the third cooling tube 173 may be connected to each other through the rear branch 160.
  • the cooling medium of the first cooling tube 171 may flow into the third cooling tube 173 through the rear branch 160, heat dissipate the battery pack 133 of the third group, and then again the rear branch. Through the 160 may be returned to the first cooling tube 171.
  • some of the cooling medium flowing through the first cooling pipe 171 heats only the first battery pack 131 and then bypasses the rear branch 160 through the bypass flow path 171B.
  • the other part of the cooling medium flowing through the first cooling pipe 171 may heat dissipate the first group of battery packs 131, and then, again, the third group of battery packs 133 through the rear branch 160. It can dissipate heat.
  • the bypass flow path 171B and the flow path 171A via the rear branch part 160 are formed in parallel, and the 1st cooling pipe ( The bypass flow path 171B and the flow path 171A of the rear branch 160 are separated from each other from the front branch 150 that forms the starting point and the end point along the circulation path of 171.
  • bypass flow path 171B By forming the bypass flow path 171B along the flow path of the first cooling tube 171, heat dissipation of the first group of battery packs 131 including the largest number of battery packs may be efficiently performed.
  • the cooling medium flowing through the bypass flow path 171B can maintain a somewhat low temperature, and the first battery pack 131 of the first group can be efficiently cooled even in the process of returning to the front branch 150. Can be.
  • the battery packs 131, 132, and 133 of the first to third groups are distributedly disposed on the first to third cooling plates 121, 122, and 123 disposed at different positions.
  • the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 may have different diameters.
  • the first cooling tube 171 Since the first cooling tube 171 is responsible for heat dissipation of the battery pack 131 of the largest number of first groups, the first cooling tube 171 may be formed to have the largest diameter. For example, the first cooling tube 171 may be formed to a diameter of 11mm.
  • the second cooling tube 172 is disposed at a position adjacent to the external connection tube 190 having a relatively high pressure that is responsible for heat dissipation of the smallest number of the second battery pack 132. For this reason, in order to limit the cooling flow rate to the second cooling tube 172, the second cooling tube 172 may be formed with the smallest diameter.
  • the first cooling pipe 171 includes a flow path 171A passing through the rear branch 160 and a bypass flow path 171B bypassing the rear branch 160 along the flow path. can do.
  • the longest flow path 171A connected to the third cooling pipe 173 through the rear branch 160 that is, the longest flow path connected to the third cooling pipe 173 from the first cooling pipe 171.
  • 171A may be formed with the largest large diameter, for example, a diameter of 11 mm, so that a relatively large flow rate is supplied.
  • the bypass flow path 171B bypassing the rear branch 160 along the flow path of the first cooling pipe 171 so that the flow rate of the cooling medium is limited than the flow path 171A of the rear branch 160.
  • the bypass flow path 171B of the first cooling pipe 171 is formed to have a smaller diameter than the flow path 171A of the rear branch 160 so that the third cooling pipe 173 is separated from the first cooling pipe 171. It can be designed so that more flow rate is allocated to the flow path 171A of the rear branch 160, which is relatively in demand for heat dissipation.
  • the second cooling tube 172 is disposed at a position adjacent to the external connection tube 190 having a relatively high pressure, which is responsible for heat dissipation of the smallest number of the second group of battery packs 132. For this reason, in order to limit the cooling flow rate to the second cooling tube 172, the second cooling tube 172 may be formed with the smallest diameter. For example, the second cooling tube 172 may be formed to a diameter of 6mm.
  • the first cooling plate 121 in which the first cooling tube 171 is embedded may have an upper portion and a lower portion may protrude convexly along the shape of the first cooling tube 171. It may have a form. This structure stably supports the first group of battery packs 131 through the flat upper surface of the first cooling plate 121, while forming sufficient thermal contact with the first group of battery packs 131.
  • the lower surface of the first cooling plate 121 is formed to protrude convexly along the outer circumference of the first cooling tube 171, so that the first cooling tube 171 is formed while the first cooling tube 171 is sufficiently embedded. If not, it can be formed into a thin thickness, thereby reducing the material cost and weight of the entire battery module.
  • a lower portion of the first cooling tube 171 may be formed to surround the first cooling tube 171 along the shape of a mold (not shown) during the formation of the first cooling plate 121. Can be.
  • Each of the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 may include a plurality of tubes.
  • the first to third cooling pipes 171, 172, and 173 may have a uniform heat dissipation effect over the entire area of the first to third cooling plates 121, 122, and 123 on which the battery packs 131, 132, and 133 are supported. It may include a plurality of tubular bodies extending parallel to each other to evenly deliver the cooling medium over the entire area of the third cooling plate (121, 122, 123).
  • the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 may include a plurality of tubular bodies to form a circulation passage including an inflow passage from the outer connection tube 190 and an outlet passage toward the outer connection tube 190.
  • the fixing block 180 may be formed between adjacent tubular bodies extending parallel to each other to form the first to third cooling tubes 171, 172, and 173.
  • the fixing block 180 may function to bundle the neighboring bodies into one bundle to maintain a constant gap therebetween and support the bodies against each other.
  • the fixing block 180 is formed by forming the first to third cooling plates 121, 122, and 123 in which the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 are integrally formed. It can function as a jig to maintain a constant position against the flow of molten metal. More specifically, the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 need to be fixed in a mold (not shown) for forming the first to third cooling plates 121, 122, and 123, and the first to third cooling tubes.
  • the fixing block 180 connects the plurality of tubular bodies while maintaining the plurality of tubular bodies of the first to third cooling tubes 171, 172, and 173 at a constant position against the pressure of the molten metal injected at a high pressure. It can be kept in place.
  • the fixing block 180 may fix a plurality of pipe bodies for forming the first to third cooling pipes 171, 172, and 173 with respect to each other while simultaneously providing a predetermined pressure by an external fixing jig (not shown).
  • the first to third cooling pipes 171, 172, and 173 may be formed to have a uniform depth inside the first to third cooling plates 121, 122, and 123, and may be fixed in position so as not to protrude to the outside.
  • the fixing block 180 maintains contact with the fixing jig (not shown) even when the molten metal is injected while providing the pressing point of the fixing jig (not shown).
  • the third to third cooling plates 121, 122, and 123 may be exposed to at least one of an upper surface and a lower surface.
  • the fixing block 180 may be embedded in the first to third cooling plates 121, 122, and 123 while being embedded in the molten metal.
  • the fixing block 180 may be formed of the same metal material as the first to third cooling plates 121, 122, and 123.
  • the fixing block 180 may be formed of the same aluminum material as the first to third cooling plates 121, 122, and 123. That is, the fixing block 180 is embedded in the molten aluminum metal for forming the first to third cooling plates 121, 122 and 123 and is tightly coupled to the first to third cooling plates 121, 122 and 123 in the process of being cooled and cured. It is possible to form defect-free bonds such as cracks.
  • the fixing blocks 180 and the first to third cooling plates 121, 122, and 123 formed of the same material and having the same material properties may be closely adhered to each other in the process of being cooled and hardened to form a firm bond.
  • the fixing block 180 includes an upper unit 181 and a lower unit 182 that are coupled to face each other with the first cooling tube 171 interposed therebetween, and includes the upper unit 181 and the lower unit 182.
  • the coupling unit 183 may be coupled.
  • the leakage blocking of the front and rear branches 150 and 160 may mean that the leakage of the front and rear branches 150 and 160 is prevented from penetrating into the battery packs 131, 132, and 133.
  • the front branch 150 is a location where the first and second cooling pipes 171 and 172 and the external connection pipe 190 are connected to each other, and the risk of leakage is relatively high.
  • the rear branch 160 is a location where the first and third cooling pipes 171 and 173 are connected to each other, and the risk of leakage is relatively high.
  • the forward branch 150 includes a first lower branch block 151 formed at the first level h1, a first upper branch block 152 formed at the second level h2, and a first lower branch block 151. ) And a first connecting portion 153 connecting the first upper branch block 152 to each other.
  • the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 may be embedded in the first and second cooling plates 121 and 122, respectively. That is, the first lower branch block 151 may be buried together in the first cooling plate 121 together with the first cooling tube 171, and the first lower branch block 151 may include the second cooling tube. With 172, it may be embedded together in second cooling plate 122.
  • the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 are embedded in the first and second cooling plates 121 and 122 and completely surrounded by the first and second cooling plates 121 and 122, Therefore, leakage of the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 may be prevented, and leakage of the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 may be prevented.
  • the rear branch 160 may include a second lower branch block 161 formed at the first level h1, a second upper branch block 162 formed at the third level h2, and a second lower branch block 162. It may include a second connecting portion 163 connecting the 161 and the second upper branch block 162 with each other.
  • the second lower branch block 161 and the second upper branch block 162 may be embedded in the first and third cooling plates 121 and 123, respectively. That is, the second lower branch block 161 may be buried together in the first cooling plate 121 together with the first cooling tube 171, and the second upper branch block 162 may be the third cooling tube 173. ) May be embedded together in the third cooling plate 123.
  • the second lower branch block 161 and the second upper branch block 162 are embedded in the first and third cooling plates 121 and 123 and completely surrounded by the first and third cooling plates 121 and 123. For this reason, leakage of the second lower branch block 161 and the second upper branch block 162 may be prevented, and the leakage of the second lower branch block 161 and the battery pack 131, 132, 133 may be prevented.
  • the second connector 163 may include a second lower connector tube 163A, a second connector member (not shown), and a second upper connector tube 163B similar to the first connector 153 to be described below.
  • the second lower connecting pipe 163A, the second wing connecting member and the second upper connecting pipe 163B are the first lower connecting pipe (not shown), the first connecting member (not shown) and the first 1 Since it is formed the same as or similar to the upper connecting pipe (not shown), a detailed description thereof will be omitted.
  • the rear branch 160 may include a second lower branch block 161, a second connector 163, and a second upper branch block 162.
  • the second lower branch block 161 and the second upper branch block 162 are the same as or similar to those described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the double connecting structure may be applied to the second connector 163.
  • the second connection part 163 may include a second lower connection pipe 163A connected from the first cooling pipe 171 side, a second upper connection pipe 163B connected from the third cooling pipe 173 side, and It may include a second connecting block 163C connecting the lower connection pipe 163A and the second upper connection pipe 163B.
  • the second connection block 163C may fluidly couple them while surrounding the outer circumference of the second lower connection pipe 163A and the second upper connection pipe 163B, and the inner circumference of the second connection block 163C.
  • a sealing member (not shown) may be interposed between the outer circumferences of the second lower connection pipe 163A and the second upper connection pipe 163B.
  • the two sealing members may be overlapped between the inner circumference of the second connection block 163C and the outer circumference of the second lower connection pipe 163A to apply a double sealing structure.
  • the two sealing members may be overlapped with each other between the inner circumference of the second connection block 163C and the outer circumference of the second upper connection pipe 163B to apply a double sealing structure.
  • the sealing member may be formed of an elastic material surrounding the outer circumference of the second lower connection pipe 163A and the second upper connection pipe 163B, and may be formed of a rubber material such as an O ring.
  • An external connection pipe 190, a first cooling pipe 171, and a first connection part 153 may be connected to the first lower branch block 151 of the front branch 150 as described above. 1 between the lower branch block 151 and the external connection pipe 190, between the first lower branch block 151 and the first cooling pipe 171, and the first lower branch block 151 and the first connection portion 153. Brazing coupling may be applied between Similarly, brazing coupling may be applied to the first lower branch block 151 of the front branch 150. Brazing coupling between the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 and the plurality of tubes in the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 to which a plurality of tubes are connected. By applying this, leakage between the first lower branch block 151 and the first upper branch block 152 and the plurality of tubes may be prevented.
  • a fluid connection without leakage may be formed through brazing coupling, and a double sealing structure may be applied to the rear branch 160 to form a fluid connection without leakage.
  • a double sealing structure may be applied to the rear branch 160 side, there is a possibility of leakage depending on the pressure of the cooling medium.
  • Detachable can be connected, and for the airtight connection, even if the double sealing structure is applied may be more likely to leak than an integral coupling such as brazing coupling.
  • a drainage hole (not shown) may be formed around the rear branch 160.
  • the drainage hole may be formed in the first cooling plate 121 under the rear branch 160. Even if a leak occurs around the rear branch portion 160, more specifically, the second connection block 163C of the rear branch portion 160, it may be discharged to the outside through the drainage hole of the first cooling plate 121. Infiltration into the battery packs 131, 132, and 133 can be prevented.
  • the drainage hole may be formed as a through hole penetrating the first cooling plate 121.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the first connection part shown in FIG. 6.
  • 10 is a cross-sectional view illustrating a coupling relationship of the first connection unit illustrated in FIG. 9.
  • the first connection part 153 may include a first lower connection pipe 153A, a first upper connection pipe 153B, and a first connection member 153C.
  • the first lower connection pipe 153A may be connected to the first cooling pipe 171 and the external connection pipe 190.
  • the first lower connection pipe 153A may be connected to the first cooling pipe 171 and the external connection pipe 190 through the first lower branch block 151.
  • the first upper connecting pipe 153B may be connected to the first lower connecting pipe 153A and the second cooling tube 172 through the first connecting member 153C.
  • the first upper connection pipe 153B may be connected to the second cooling pipe 172 through the first upper branch block 152.
  • the first connecting member 153C may be disposed between the first lower connecting pipe 153A and the first upper connecting pipe 153B to connect the first lower connecting pipe 153A and the first upper connecting pipe 153B. .
  • the first connection member 153C may be inserted into one of the first lower connection pipe 153A or the first upper connection pipe 153B.
  • the other of the first lower connection pipe 153A or the first upper connection pipe 153B may be inserted into the first connection member 153C.
  • the outer diameter of one of the first lower connection pipe 153A or the first upper connection pipe 153B may be smaller than the inner diameter of the other of the first lower connection pipe 153A or the first upper connection pipe 153B. Can be.
  • the inner diameter of the first lower connection pipe 153A will be described in detail with reference to a case where the inner diameter of the first lower connection pipe 153B is larger than the outer diameter of the first upper connection pipe 153B.
  • the first connection member 153C will be described in detail.
  • the first connection member 153C may include a first core member 153C-1 and a first shell member 153C-2.
  • the first core member 153C-1 and the first shell member 153C-2 may have different hardnesses.
  • the first core member 153C-1 may be formed of a metal material
  • the first shell member 153C-2 may be formed of an elastic material such as silicon or rubber.
  • the first outer cover member 153C-2 may be deformed when the first connecting member 153C, the first lower connecting pipe 153A, or the first upper connecting pipe 153B is installed, thereby improving assembly performance.
  • the first core member 153C-1 may have a space formed therein. In this case, one end of the first core member 153C-1 may be formed to be bent into the inner space, and the other end of the first core member 153C-1 may protrude to the outer circumferential surface of the first core member 153C-1. Can be formed.
  • the first shell member 153C-2 may be disposed to completely surround the first core member 153C-1.
  • the first shell member 153C-2 may include a first protrusion 153C-3 protruding from at least one of an outer surface and an inner surface.
  • the first protrusion 153C-3 is disposed between the first shell member 153C-2 and the first lower connector tube 153A or between the first shell member 153C-2 and the first upper connector tube 153B.
  • the space between the first lower connection pipe 153A and the first connection member 153C or the first upper connection pipe 153B and the first connection member 153C may be sealed.
  • the first protrusion 153C-3 may include a first outer protrusion 153C-3A and a first inner protrusion 153C-3B.
  • the first outer protrusion 153C-3A may be formed on the outer surface of the first outer shell member 153C-2 and disposed between the first outer shell member 153C-2 and the first lower connection pipe 153A.
  • the first inner protrusion 153C-3B may be formed on the inner surface of the first outer shell member 153C-2 and disposed between the first outer shell member 153C-2 and the first upper connection pipe 153B. .
  • At least one of the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-3B may be provided in plural.
  • a plurality of first outer protrusions 153C-3A will be provided, and one first inner protrusion 153C-3B will be described in detail with reference to the case.
  • the plurality of first outer protrusions 153C-3A may be disposed to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the first shell member 153C-2.
  • At least one of the first outer protrusions 153C-3A and the first inner protrusions 153C-3B as described above may be formed to circle the outer circumferential surface of the first shell member 153C-2.
  • at least one of the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-3B may form a closed loop on the outer circumferential surface of the first shell member 153C-2.
  • at least one of the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-3B may be provided in plural along the outer circumferential surface of the first shell member 153C-2.
  • At least one of the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-3B may be disposed on the outer circumferential surface of the first shell member 153C-2 to be spaced apart from each other.
  • at least one of the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-3B forms a closed loop on the outer circumferential surface of the first shell member 153C-2 for convenience of description. It will be described in detail with respect to.
  • the first connection member 153C When assembling the first connection unit 153 as described above, the first connection member 153C may be inserted into the first lower connection pipe 153A. At this time, the first connection member 153C may be coupled to the inside of the first lower connection pipe 153A by interference fit.
  • the first external protrusion 153C-3A may be in close contact with the inner surface of the first lower connection pipe 153A.
  • a portion bent at the other end of the first core member 153C-1 may be seated on one end of the first lower connection pipe 153A by forming the first locking portion 153C-4.
  • the outer diameter of the first locking portion 153C-4 is larger than the outer diameter of the first lower connecting tube 153A, so that the end of the first lower connecting tube 153A may be caught by the first locking portion 153C-4. have.
  • the first upper connecting pipe 153B may be inserted into the first connecting member 153C.
  • the first upper connection pipe 153B may contact the first internal protrusion 153C-3B inside the first connection member 153C.
  • the first upper connection pipe 153B may be tightly coupled with the first connection member 153C due to the first internal protrusion 153C-3B.
  • the first connecting member 153C It may not continuously enter into the first lower connection pipe 153A.
  • the first seating part 153C protrudes into the first connecting member 153C inside the first connecting member 153C.
  • One end of the first upper connection pipe 153B may contact -5).
  • the first upper connection pipe 153B does not continuously move inside the first connection member 153C and may be fixed in position.
  • the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C- when the first lower connection pipe 153A, the first connection member 153C, and the first upper connection pipe 153B are coupled to each other, the first outer protrusion 153C-3A and the first inner protrusion 153C-.
  • the first lower connection pipe 153A, the first connection member 153C, and the first upper connection pipe 153B may not be separated from each other without a separate member through 3B).
  • the first outer protrusion 153C-3A is completely in contact with the inner surface of the first lower connection pipe 153A
  • the first inner protrusion 153C-3B is completely in close contact with the outer surface of the first upper connection pipe 153B.
  • the battery module may connect the first cooling tube 171 and the second cooling tube 172 through the first connection member 153C through a simple structure.
  • the battery module prevents leakage that may occur after the first cooling tube 171 and the second cooling tube 172 are connected through the first connection member 153C, thereby extending the life of the battery module and increasing stability. Can be.
  • a battery module that can be connected to the cooling tube with a simple structure, such a battery module can be used in electric vehicles, hybrid cars, hybrid ships, electric bicycles, mobile mobile devices and the like.

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명은, 제1 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제2 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 상기 제2 냉각관을 연결하는 분기부를 포함하고, 상기 분기부는, 상기 제1 냉각관과 연결되는 하부연결관과, 상기 제2 냉각관과 연결되는 상부연결관과, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나가 삽입되며, 상기 상부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나에 삽입되는 연결부재를 포함한다.

Description

배터리 모듈
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 모듈 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 제1 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제2 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 상기 제2 냉각관을 연결하는 분기부를 포함하고, 상기 분기부는, 상기 제1 냉각관과 연결되는 하부연결관과, 상기 제2 냉각관과 연결되는 상부연결관과, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나가 삽입되며, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나에 삽입되는 연결부재를 포함하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 연결부재를 통하여 서로 다른 평면에 배치되는 냉각관을 간단한 구조를 통하여 연결시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예들은 연결부재를 통하여 서로 다른 평면에 배치된 냉각관을 연결 시 실링함으로써 누수로 인한 배터리 모듈의 고장 및 파손을 방지하고 배터리 모듈의 수명을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 내부 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 냉각 플레이트를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제2 냉각 플레이트를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 제3 냉각 플레이트를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 2에 도시된 제1 내지 제3 냉각 플레이트 내에 매립되는 제1 내지 제3 냉각관을 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 3의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 도 3의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 제1 연결부재를 보여주는 분해사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 제1 연결부재의 결합관계를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 일 측면은, 제1 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제2 냉각관과, 상기 제1 냉각관과 상기 제2 냉각관을 연결하는 분기부를 포함하고, 상기 분기부는, 상기 제1 냉각관과 연결되는 하부연결관과, 상기 제2 냉각관과 연결되는 상부연결관과, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나가 삽입되며, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나에 삽입되는 연결부재를 포함하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 상기 연결부재는, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 측으로 돌출되는 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기는, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나 측으로 돌출되는 외부돌기와, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나 측으로 돌출되는 내부돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기는 복수개 구비될 수 있으며, 상기 복수개의 돌기는 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 돌기는 상기 연결부재의 외면을 일주하여 폐루프(Closed-loop)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 연결부재는, 코어부재와, 상기 코어부재의 외면을 감싸도록 배치되는 외피부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 코어부재와 상기 외피부재는 경도가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 연결부재는, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나의 끝단을 지지하는 안착부와, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나의 끝단에 걸리는 걸림부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 냉각관과 상기 하부연결관 사이에 배치되는 하부분기블록을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 냉각관과 상기 상부연결관 사이에 배치되는 상부분기블록을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 냉각관이 배치되는 제1 냉각 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 냉각관이 배치되는 제2 냉각 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부재는 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관과 억지끼움 결합할 수 있다.
또한, 상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 일정 각도를 형성하도록 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제3 냉각관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 냉각관이 배치되는 제3 냉각 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(100)은 배터리 모듈(100)의 바닥에 배치되는 제1 냉각 플레이트(121)와, 제1 냉각 플레이트(121) 위에 배치되는 다수의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 제1 냉각 플레이트(121)와 마주하게 조립되어 상기 배터리 팩의 수용 공간을 형성하고, 다수의 상기 배터리 팩을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 커버(110)를 포함할 수 있다. 제1 냉각 플레이트(121)와 커버(110)는 서로 마주하게 조립되도록 같은 형태, 예를 들어, 서로 다른 제1 방향(Z1)과 제2 방향(Z2)으로 연장된 T 자 형태로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 내부 구조를 보여주는 분해 사시도이다.도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 제1 내지 제3 냉각 플레이트의 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1 냉각 플레이트(121) 위로는, 제1 냉각 플레이트(121)로부터 팩 수용부(g)를 사이에 두고 이격되어 있는 제2 냉각 플레이트(122)와, 제1 냉각 플레이트(121)로부터 팩 수용부(g)를 사이에 두고 이격되어 있는 제3 냉각 플레이트(123)가 배치될 수 있다.
제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는, 각각 배터리 팩(131,132,133)과 직접 접촉되어 배터리 팩(131,132,133)을 방열하는 것으로, 배터리 팩(131,132,133)의 지지 역할과 함께 배터리 팩(131,132,133)을 방열하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각 플레이트(121)는 배터리 모듈의 바닥에 해당되는 제1 레벨(h1)에 배치되어 제1 군의 배터리 팩(131)을 지지해주며 이들의 방열을 담당할 수 있다. 또한, 제2 냉각 플레이트(122)는 제1 레벨(h1)로부터 상방으로 이격된 제2 레벨(h2)에 배치되어 제2 군의 배터리 팩(132)을 지지해주며 이들의 방열을 담당할 수 있다. 그리고, 제3 냉각 플레이트(123)는 제1 레벨(h1)로부터 상방으로 이격된 제3 레벨(h3)에 배치되어 제3 군의 배터리 팩(133)을 지지해주며 이들의 방열을 담당할 수 있다. 참고적으로, 본 명세서에 첨부된 도면들에서는 이해의 편의를 위하여, 제1 군 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)을 배터리 팩의 장착 개소로 표시하고 있다.
제1 군 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)이란 적어도 하나 이상 다수의 배터리 팩을 포함할 수 있으며, 서로 다른 개수의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 군의 배터리 팩(131,132,133)은 배터리 모듈의 바닥에 해당되는 제1 레벨(h1)에 배치되어 가장 많은 개수의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 제2 군의 배터리 팩(132)은 가장 적은 개수의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 그리고, 제3 군의 배터리 팩(133)은 제1 군의 배터리 팩(131) 보다는 적고, 제2 군의 배터리 팩(132) 보다는 많은 개수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 냉각 플레이트(121) 위에 배치되는 제1 군의 배터리 팩(131)은 4개의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1 냉각 플레이트(121)는 제1 방향(Z1)을 따라 길게 연장되는 종방향부(121A)와, 제2 방향(Z2)을 따라 길게 연장되는 횡방향부(121B)를 포함할 수 있는데, 종방향부(121A) 위로는 제1 방향(Z1)을 따라 2개의 배터리 팩이 배치될 수 있고, 횡방향부(121B) 위로는 제2 방향(Z2)을 따라 2개의 배터리 팩이 배치될 수 있다. 그리고, 제2 냉각 플레이트(122) 위에 배치되는 제2 군의 배터리 팩(132)은 2개의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 제2 냉각 플레이트(122)는 제1 방향(Z1)을 따라 길게 연장될 수 있고, 제2 냉각 플레이트(122) 위로는 제1 방향(Z1)을 따라 2개의 배터리 팩이 배치될 수 있다. 또한, 제3 냉각 플레이트(123) 위에 배치되는 제3 군의 배터리 팩(133)은 2개의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 제3 냉각 플레이트(123)는 제2 방향(Z2)을 따라 길게 연장될 수 있고, 상기 제3 냉각 플레이트(123) 위로는 제2 방향(Z2)을 따라 2개의 배터리 팩이 배치될 수 있다.
제1 냉각 플레이트(121)는 제1 방향(Z1)으로 길게 연장되어 있는 종방향부(121A)와, 제1 방향(Z1)과 다른 방향으로 제2 방향(Z2)으로 길게 연장되어 있는 횡방향부(121B)를 포함한다. 예를 들어, 종방향부(121A)와 횡방향부(121B)는 서로 수직한 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 길게 연장될 수 있다. 이에 따라, 제1 냉각 플레이트(121)는 전체적으로 T 자 형태를 가질 수 있다.
제1 냉각 플레이트(121) 중 종방향부(121A)의 상방으로는 팩 수용부(g)를 사이에 두고 서로 이격되어 있는 제2 냉각 플레이트(122)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 냉각 플레이트(121)의 종방향부(121A)와 제2 냉각 플레이트(122)는 제1 방향(Z1)을 따라 서로 나란하게 형성될 수 있다. 제1 냉각 플레이트(121) 중 횡방향부(121B)의 상방으로는, 팩 수용부(g)를 사이에 두고 서로 이격되어 있는 제3 냉각 플레이트(123)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 냉각 플레이트(121)의 횡방향부(121B)와 제3 냉각 플레이트(123)는 제2 방향(Z2)을 따라 서로 나란하게 형성될 수 있다. 이때, 제2 냉각 플레이트(122)와 제3 냉각 플레이트(123)는 서로로부터 이격되게 배치될 수 있다.
제1 냉각 플레이트(121)는, 전체 배터리 모듈의 바닥을 형성할 수 있고, 전체 배터리 모듈의 기반을 제공할 수 있다. 즉, 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)는, 제1 냉각 플레이트(121) 위에 지지될 수 있다. 이를 위해, 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)에는 상기 제1 냉각 플레이트(121)로부터 상방 위치에서 각각의 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)를 지지해주기 위한 레그(142,143)가 형성될 수 있다. 즉, 제1, 제2 냉각 플레이트(121,122) 사이와, 제1, 제3 냉각 플레이트(121,123) 사이에는 각각의 레그(142,143)가 형성되어, 제1 냉각 플레이트(121)로부터 팩 수용부(g)를 사이에 두고, 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)를 지지해줄 수 있다. 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)로부터 돌출된 레그(142,143)에는 결합공(142a,143a)이 형성되고 상기 결합공(142a,143a)을 관통하여 제1 냉각 플레이트(121)에 체결되는 체결부재(미도시)를 통하여 제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)가 위치 고정될 수 있다.
제2, 제3 냉각 플레이트(122,123)가 고정된 제1 냉각 플레이트(121) 상에는 커버(110, 도 1 참조)가 씌워질 수 있다. 커버(110)는 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123) 상에 배치된 제1 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)을 밀봉하여 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 즉, 제1 냉각 플레이트(121)와 커버(110)가 서로 마주하도록 조립되어 그 내부로 제1 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)이 수용되는 수용 공간을 형성할 수 있다. 제1 냉각 플레이트(121)와 커버(110)는 서로 마주하게 조립되도록 같은 형태, 예를 들어, T 자 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 제1 내지 제3 냉각 플레이트 내에 매립되는 제1 내지 제3 냉각관을 보여주는 사시도이다. 도 7은 도 3의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 단면도이다. 도 8은 도 3의 VIII-VIII선을 따라 취한 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는 배터리 팩(131,132,133)을 지지해주면서, 동시에, 배터리 팩(131,132,133)과 열적으로 접촉하여, 예를 들어, 직접 접촉하여 배터리 팩(131,132,133)을 방열해줄 수 있다. 그리고, 이를 위해, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)에는 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)에는 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 매립될 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123) 내부에 매립되면서 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)와 일체적으로 형성될 수 있다.
제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)와 다른 이종 금속 소재로 형성될 수 있고, 다이 캐스팅을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 고정되어 있는 금형(미도시) 내부에, 플레이트 형성용 용융 금속을 주입하는 방식으로, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)가 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 일체적으로 매립되어 있는 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)과, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는 서로 다른 이종 금속 소재로 형성될 수 있는데, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 상대적으로 높은 융점을 갖는 SUS 소재로 형성될 수 있고, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는 상대적으로 낮은 융점을 갖는 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, SUS 소재의 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 금형(미도시) 내에 가 고정된 상태에서, 용융 알루미늄이 주입될 수 있고, 융점의 차이에 따라 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 고상을 유지하며 관 형체를 유지할 수 있다. 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173) 및 이들을 매립하는 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는, 이들과 열적으로 접촉하는 배터리 팩(131,132,133)의 원활한 방열을 위하여, 열전도 특성이 우수하면서 서로 다른 융점을 갖는 SUS 소재와 알루미늄 소재로 형성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 제1 냉각관(171)은 제1 냉각 플레이트(121) 내에 매립되고, 제2 냉각관(172)은 제2 냉각 플레이트(122) 내에 매립된다. 또한, 제3 냉각관(173)은 제3 냉각 플레이트(123) 내에 매립될 수 있다. 따라서, 제1 냉각관(171)은 제1 냉각 플레이트(121)와 같은 레벨, 즉, 전체 배터리 모듈의 바닥에 해당되는 제1 레벨(h1)에 배치될 수 있고, 제2 냉각관(172)은 제2 냉각 플레이트(122)와 같은 레벨, 즉, 전체 배터리 모듈의 바닥 레벨로부터 상승된 제2 레벨(h2)에 배치될 수 있다. 또한, 제3 냉각관(173)은 제3 냉각 플레이트(123)와 같은 레벨, 즉, 전체 배터리 모듈의 바닥 레벨로부터 상승된 제3 레벨(h3)에 배치될 수 있다. 이때, 제2 냉각관(172)의 제2 레벨(h2)와 제3 냉각관(173)의 제3 레벨(h3)는 서로 같은 레벨에 해당될 수 있다.
제1 냉각관(171)과 제2 냉각관(172) 또는 제1 냉각관(171)과 제3 냉각관(173)은 분기부(미표기)를 통하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 냉각관(171)과 제2 냉각관(172)은 전방 분기부(150)를 통하여 서로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 전방 분기부(150)에는 제1, 제2 냉각관(171,172)과 함께 외부 연결관(190)이 연결될 수 있다. 외부 연결관(190)으로부터 유입되는 냉각 매체는 전방 분기부(150)를 통하여 제1, 제2 냉각관(171,172)으로 분배되고, 역으로 제1, 제2 냉각관(171,172)으로부터의 냉각 매체는 전방 분기부(150)에 수집되어 외부 연결관(190)으로 유출될 수 있다. 냉각 매체의 흐름을 살펴보면, 외부 연결관(190)과 전방 분기부(150)를 통하여 유입된 저온의 냉각 매체는 제1, 제2 냉각관(171,172)으로 분기되어 각각 제1, 제2 군의 배터리 팩(미도시)과 열교환을 수행하고, 이러한 열교환을 통하여 고온으로 가열된 냉각 매체는 전방 분기부(150)로 수집된 후, 전방 분기부(150)와 연결되어 있는 외부 연결관(190)을 통하여 유출될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 제1 냉각관(171)을 흐르는 냉각 매체는 후방 분기부(160)를 통하여 제3 냉각관(173)으로 분기될 수 있다. 즉, 전방 분기부(150)를 통하여 제1 냉각관(171)으로 유입된 냉각 매체 중 일부는 제1 군의 배터리 팩(131)을 방열한 후 바이패스 유로(171B)를 경유하여 전방 분기부(150)로 되돌아오고, 제1 냉각관(171)으로 유입된 냉각 매체 중 다른 일부는 후방 분기부(160)를 통하여 제3 냉각관(173)으로 유입될 수 있다.
전방 분기부(150)는 전체 배터리 모듈에서 전방 위치에 형성될 수 있고, 후방 분기부(160)는 전체 배터리 모듈에서 후방 위치에 형성될 수 있다. 참고적으로 도 2에서 도면번호 150` 및 도 6에서 도면번호 150은 모두 전방 분기부를 지칭하는 것이나, 도 2에서는 전방 분기부의 일부(하부)만이 도시되어 있으므로, 각각 서로 다른 도면번호를 부여하였다. 유사하게, 도 2에서 도면번호 160` 및 도 6에서 도면번호 160은 모두 후방 분기부를 지칭하는 것이나, 도면에서는 후방 분기부의 일부(하부)만이 도시되어 있으므로, 각각 서로 다른 도면번호를 부여하였다.
제1 냉각관(171)과 제3 냉각관(173)은 후방 분기부(160)를 통하여 서로 연결될 수 있다. 후방 분기부(160)를 통하여 제1 냉각관(171)의 냉각 매체는 제3 냉각관(173)으로 유입될 수 있고, 제3 군의 배터리 팩(133)을 방열한 후, 다시 후방 분기부(160)를 통하여 제1 냉각관(171)으로 되돌아올 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각관(171)을 흐르는 냉각 매체 중에서 일부는 제1 군의 배터리 팩(131)만을 방열한 후 바이패스 유로(171B)를 통하여 후방 분기부(160)를 거치지 않고 바이패스할 수 있고, 제1 냉각관(171)을 흐르는 냉각 매체 중 다른 일부는 제1 군의 배터리 팩(131)을 방열하고 다시 후방 분기부(160)를 통하여 제3 군의 배터리 팩(133)을 방열할 수 있다. 이와 같이, 제1 냉각관(171)의 유로를 따라서는, 바이패스 유로(171B)와, 후방 분기부(160)를 경유하는 유로(171A)가 병렬적으로 형성되어 있고, 제1 냉각관(171)의 순환 경로를 따라 시점과 종점을 형성하는 전방 분기부(150)로부터 바이패스 유로(171B)와 후방 분기부(160)의 유로(171A)는 서로 분리되어 있다.
제1 냉각관(171)의 유로를 따라 바이패스 유로(171B)를 형성함으로써, 가장 많은 개수의 배터리 팩을 포함하는 제1 군의 배터리 팩(131)의 방열이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 바이패스 유로(171B)를 통하여 흐르는 냉각 매체는 어느 정도 낮은 온도를 유지할 수 있고, 전방 분기부(150)로 되돌아오는 과정에서도 제1 군의 배터리 팩(131)을 효율적으로 냉각할 수 있다.
제1 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)은 서로 다른 위치에 배치된 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123) 위에 분산 배치되어 있다. 이렇게 다수의 위치에 분산 배치되어 있는 제1 내지 제3 군의 배터리 팩(131,132,133)을 균일하게 방열시키기 위하여, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다.
제1 냉각관(171)은 가장 많은 개수의 제1 군의 배터리 팩(131)의 방열을 담당하므로, 가장 큰 대직경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 냉각관(171)은 11mm의 직경으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 냉각관(172)은 가장 적은 개수의 제2 군의 배터리 팩(132)의 방열을 담당하면서도 상대적으로 높은 압력의 외부 연결관(190)과 인접한 위치에 배치되어 있다. 이러한 연유로, 제2 냉각관(172)으로의 냉각 유량을 제한하기 위하여, 상기 제2 냉각관(172)은 가장 작은 소직경으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 냉각관(171)은 그 유로를 따라, 후방 분기부(160)를 경유하는 유로(171A)와, 후방 분기부(160)를 바이패스하는 바이패스 유로(171B)를 포함할 수 있다. 이때, 후방 분기부(160)를 통하여 제3 냉각관(173)까지 연결되는 가장 긴 유로(171A), 즉, 제1 냉각관(171)으로부터 제3 냉각관(173)까지 연결되는 가장 긴 유로(171A)는 상대적으로 많은 유량이 공급되도록 가장 큰 대직경, 예를 들어, 11mm의 직경으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 냉각관(171)의 유로를 따라 후방 분기부(160)를 바이패스하는 바이패스 유로(171B)는 후방 분기부(160)의 유로(171A) 보다는 냉각 매체의 유량이 제한되도록 상대적으로 작은 직경, 예를 들어, 9mm의 직경으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 냉각관(171) 중에서 바이패스 유로(171B)는 후방 분기부(160)의 유로(171A) 보다는 적은 직경으로 형성됨으로써, 제1 냉각관(171)으로부터 제3 냉각관(173)까지 이어져서 상대적으로 방열 수요가 많은 후방 분기부(160)의 유로(171A)로 더 많은 유량이 할당되도록 설계될 수 있다. 특히, 제1 냉각관(171)의 유로 중에서 외부 연결관(190)으로부터 가장 먼 거리에 배치되어 있는 제3 냉각관(173)까지 이어지는 유로(171A)의 직경을 상대적으로 크게 형성함으로써, 냉각 매체의 흐름을 따라 유동 저항을 줄이고 압력 강하를 줄임으로써 적정의 유량이 확보되도록 할 수 있다.
제2 냉각관(172)은 가장 적은 개수의 제2 군의 배터리 팩(132)의 방열을 담당하면서도 상대적으로 높은 압력의 외부 연결관(190)과 인접한 위치에 배치되어 있다. 이러한 연유로, 제2 냉각관(172)으로의 냉각 유량을 제한하기 위하여, 상기 제2 냉각관(172)은 가장 작은 소직경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 냉각관(172)은 6mm의 직경으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 냉각관(171)이 매립된 제1 냉각 플레이트는(121) 상부는 편평한 형태를 가질 수 있고, 하부는 제1 냉각관(171)의 형태를 따라 볼록하게 돌출된 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조는 제1 냉각 플레이트(121)의 편평한 상부면을 통하여 제1 군의 배터리 팩(131)을 안정적으로 지지해주는 한편으로 제1 군의 배터리 팩(131)과 충분한 열적 접촉을 형성하고, 제1 냉각 플레이트(121)의 하부면은 제1 냉각관(171)의 외주를 따라 볼록하게 돌출된 형태로 형성함으로써, 제1 냉각관(171)을 충분히 매립하면서도 제1 냉각관(171)이 형성되지 않은 부분에서는 박형의 두께로 형성하여, 재료비를 절감하고 전체 배터리 모듈의 중량을 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 냉각관(171)의 하부는 제1 냉각 플레이트(121)의 형성 과정에서, 금형(미도시)의 형태를 따라 제1 냉각관(171)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.
제1 내지 제3 냉각관(171,172,173) 각각은 다수의 관체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 배터리 팩(131,132,133)이 지지되는 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 전체 면적에 걸쳐서 균일한 방열 효과를 거두기 위해, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 전체 면적에 걸쳐서 고르게 냉각 매체를 전달하도록 서로 나란하게 연장되는 다수의 관체를 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 외부 연결관(190)으로부터의 유입 유로와 외부 연결관(190)을 향하는 유출 유로를 포함하는 순환 유로를 형성하도록 다수의 관체를 포함할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)을 형성하도록 서로 나란하게 연장되는 이웃한 관체들 사이에는 고정 블록(180)이 형성될 수 있다.
고정 블록(180)은 서로 이웃한 관체들을 하나의 묶음으로 묶어서 이들 간의 일정한 간격을 유지시켜주고 관체들을 서로에 대해 지지해주는 기능을 할 수 있다. 특히, 고정 블록(180)은 상기 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 일체적으로 형성된 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 형성 과정에서, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 용융 금속의 흐름에 대항하여 일정한 위치를 유지시켜주는 지그의 기능을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)은 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 형성을 위한 금형(미도시) 내에서 가 고정될 필요가 있고, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 가 고정된 금형 내부에 용융 금속을 주입함으로써, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 일체적으로 형성된 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)를 형성할 수 있다. 이때, 높은 압력으로 주입되는 용융 금속의 압력에 대항하여 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)의 다수의 관체들을 일정한 위치로 유지시켜주기 위해 상기 고정 블록(180)은 다수의 관체들을 연결하면서 이들을 정위치로 유지시켜줄 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 형성을 위한 금형(미도시) 내에, 고정 블록(180)에 의해 결속된 다수의 관체를 수용하고, 고정 블록(180)의 상부를 고정 지그(미도시)를 통하여 가압함으로써, 고정 블록(180)을 위치 고정시킬 수 있고, 고정 블록(180)을 통하여 다수의 관체가 금형(미도시) 내에서 유동되지 않도록 고정시킬 수 있다. 즉, 고정 블록(180)은 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)을 형성하기 위한 다수의 관체를 서로에 대해 위치 고정시키면서 동시에 외부의 고정 지그(미도시)가 소정의 압력을 제공할 수 있는 가압 포인트를 제공함으로써, 제1 내지 제3 냉각관(171,172,173)이 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 내부에서 균일한 깊이로 형성되고 외부로 돌출되지 않도록 위치 고정할 수 있다. 이때, 고정 블록(180)은 고정 지그(미도시)의 가압 포인트를 제공하면서 용융 금속의 주입시에도 고정 지그(미도시)와 접촉을 지속하므로, 고정 블록(180)은 완성된 형태의 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)에서 상부면이나 하부면 중 적어도 어느 한면으로 노출될 수 있다.
고정 블록(180)은 용융 금속 내에 매립되면서 상기 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)의 내부에 매립될 수 있다. 고정 블록(180)은 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)와 동일한 금속 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고정 블록(180)은 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)와 동일한 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 즉, 고정 블록(180)은 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)를 형성하기 위한 알루미늄 용융 금속에 매립되며 냉각 경화되는 과정에서 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)와 빈틈없는 결합, 그러니까, 크랙과 같은 결함이 없는 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 같은 소재로 형성되어 소재 특성이 동일한 고정 블록(180)과 제1 내지 제3 냉각 플레이트(121,122,123)는, 냉각 경화되는 과정에서 서로 간에 밀착되어 견고한 결합을 형성할 수 있다.
고정 블록(180)은, 제1 냉각관(171)을 사이에 두고 서로 마주하게 결합되는 상부 유닛(181)과 하부 유닛(182)을 포함하고, 상부 유닛(181) 및 하부 유닛(182)을 결합하는 결합 유닛(183)을 포함할 수 있다.
이하, 전방 분기부(150) 및 후방 분기부(160)의 누수 차단 구조에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 전방 분기부(150) 및 후방 분기부(160)의 누수 차단이란, 전방, 후방 분기부(150,160)의 누수가 배터리 팩(131,132,133)으로 침투하는 것을 방지함을 의미할 수 있다. 상기 전방 분기부(150)는 제1, 제2 냉각관(171,172)과 외부 연결관(190)이 서로 연결되는 개소로서, 누수의 위험이 상대적으로 크다. 또한, 상기 후방 분기부(160)는 제1, 제3 냉각관(171,173)이 서로 연결되는 개소로서 누수의 위험이 상대적으로 크다.
전방 분기부(150)는, 제1 레벨(h1)에 형성된 제1 하부분기블록(151)과 제2 레벨(h2)에 형성된 제1 상부분기블록(152)과, 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블록(152)을 서로 연결해주는 제1 연결부(153)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블록(152)은 각각 제1, 제2 냉각 플레이트(121,122) 내부에 매립될 수 있다. 즉, 제1 하부분기블록(151)은, 제1 냉각관(171)과 함께, 제1 냉각 플레이트(121) 내에 함께 매립될 수 있고, 제1 하부분기블록(151)은, 제2 냉각관(172)과 함께, 제2 냉각 플레이트(122) 내에 함께 매립될 수 있다. 이때, 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블록(152)은 제1, 제2 냉각 플레이트(121,122) 내부에 매립되어 제1, 제2 냉각 플레이트(121,122)에 의해 완전히 둘러싸이며, 이 때문에, 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블록(152)의 누수가 방지될 수 있고, 누수가 배터리 팩(131,132,133)으로 침투하는 것을 차단할 수 있다.
한편, 후방 분기부(160)는, 제1 레벨(h1)에 형성된 제2 하부분기블록(161)과 제3 레벨(h2)에 형성된 제2 상부분기블록(162)과, 제2 하부분기블럭(161) 및 제2 상부분기블록(162)을 서로 연결해주는 제2 연결부(163)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 하부분기블럭(161) 및 제2 상부분기블록(162)은 각각 제1, 제3 냉각 플레이트(121,123) 내부에 매립될 수 있다. 즉, 제2 하부분기블록(161)은 제1 냉각관(171)과 함께, 제1 냉각 플레이트(121) 내에 함께 매립될 수 있고, 제2 상부분기블록(162)은 제3 냉각관(173)과 함께, 제3 냉각 플레이트(123) 내에 함께 매립될 수 있다. 이때, 제2 하부분기블럭(161) 및 제2 상부분기블록(162)은 제1, 제3 냉각 플레이트(121,123) 내부에 매립되어 제1, 제3 냉각 플레이트(121,123)에 의해 완전히 둘러싸이며, 이 때문에, 제2 하부분기블럭(161) 및 제2 상부분기블록(162)의 누수가 방지될 수 있고, 누수가 배터리 팩(131,132,133)으로 침투하는 것을 차단할 수 있다.
제2 연결부(163)는 하기에서 설명할 제1 연결부(153)와 유사하게 제2 하부연결관(163A), 제2 연결부재(미도시) 및 제2 상부연결관(163B)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 하부연결관(163A), 사익 제2 연결부재 및 제2 상부연결관(163B)은 하기에서 설명할 제1 하부연결관(미도시), 제1 연결부재(미도시) 및 제1 상부연결관(미도시)과 동일 또는 유사하게 형성되므로 이하에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다른 실시예로써, 후방 분기부(160)는 제2 하부분기블럭(161), 제2 연결부(163) 및 제2 상부분기블럭(162)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 하부분기블럭(161) 및 제2 상부분기블록(162)은 상기에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 연결부(163)는 이중 실링 구조가 적용될 수 있다. 제2 연결부(163)는 제1 냉각관(171) 측으로부터 연결되는 제2 하부연결관(163A)과, 제3 냉각관(173) 측으로부터 연결되는 제2 상부연결관(163B)과, 제2 하부연결관(163A) 및 제2 상부연결관(163B)을 이어주는 제2 연결블록(163C)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 연결블록(163C)은 제2 하부연결관(163A) 및 제2 상부연결관(163B)의 외주를 감싸면서 이들을 유체적으로 결합시킬 수 있는데, 제2 연결블록(163C)의 내주와 제2 하부연결관(163A) 및 제2 상부연결관(163B)의 외주 사이에는 실링 부재(미도시)가 개재될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 연결블록(163C)의 내주와 제2 하부연결관(163A)의 외주 사이에는 두 개의 상기 실링 부재가 중첩적으로 적용되어 이중 실링 구조가 적용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 연결블록(163C)의 내주와 제2 상부연결관(163B)의 외주 사이에도 두 개의 상기 실링 부재가 중첩적으로 적용되어 이중 실링 구조가 적용될 수 있다. 상기 실링 부재는 제2 하부연결관(163A) 및 제2 상부연결관(163B)의 외주를 둘러싸는 탄성 소재로 형성될 수 있으며, O 링과 같은 고무 소재로 형성될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 후방 분기부(160)는 제2 연결부(163)가 이중 실링 구조로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 전방 분기부(150)의 제1 하부분기블록(151)에는 외부 연결관(190)과, 제1 냉각관(171)과, 제1 연결부(153)가 연결될 수 있는데, 이때, 제1 하부분기블록(151)과 외부 연결관(190) 사이, 제1 하부분기블록(151)과 제1 냉각관(171) 사이, 그리고, 제1 하부분기블록(151)과 제1 연결부(153) 사이에는 브레이징 결합이 적용될 수 있다. 전방 분기부(150)의 제1 하부분기블록(151)에 대해서도 유사하게 브레이징 결합이 적용될 수 있다. 다수의 관체가 연결되는 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블럭(152)에서 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블럭(152)과 다수의 관체들 사이에 브레이징 결합이 적용됨으로써, 제1 하부분기블록(151) 및 제1 상부분기블럭(152)과 다수의 관체들 사이의 누수가 방지될 수 있다.
전방 분기부(150) 측에는 브레이징 결합을 통하여 누수 없는 유체적 연결을 형성할 수 있고, 후방 분기부(160) 측에는 이중 실링 구조를 적용하여 누수 없는 유체적인 연결을 형성할 수 있다. 이때, 브레이징과 같은 일체적인 결합과 달리, 후방 분기부(160) 측에 이중 실링 구조를 적용하더라도 냉각 매체의 압력에 따라 누수 가능성이 있다. 예를 들어, 전체 배터리 모듈의 조립성을 위하여, 후방 분기부(160) 측에서는 제1 냉각 플레이트(121, 또는 제1 냉각관 171)와 제3 냉각 플레이트(123, 또는 제3 냉각관 173) 사이를 탈부착 가능하게 연결할 수 있고, 이때 기밀성 연결을 위하여, 이중 실링 구조를 적용하더라도 브레이징 결합과 같은 일체적인 결합 보다는 누수 가능성이 높을 수 있다.
상기와 같은 연유로, 후방 분기부(160) 주변에는 배수홀(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 후방 분기부(160) 하부의 제1 냉각 플레이트(121)에는 상기 배수홀이 형성될 수 있다. 후방 분기부(160), 보다 구체적으로, 후방 분기부(160)의 제2 연결블록(163C) 주변으로 누수가 발생되더라도 제1 냉각 플레이트(121)의 배수홀을 통하여 외부로 배출될 수 있고, 배터리 팩(131,132,133)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 배수홀은 제1 냉각 플레이트(121)를 관통하는 관통 홀로 형성될 수 있다.
이하에서는 제1 연결부(153)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 도 6에 도시된 제1 연결부를 보여주는 분해사시도이다. 도 10은 도 9에 도시된 제1 연결부의 결합관계를 보여주는 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 제1 연결부(153)는 제1 하부연결관(153A), 제1 상부연결관(153B) 및 제1 연결부재(153C)를 포함할 수 있다. 제1 하부연결관(153A)은 제1 냉각관(171) 및 외부 연결관(190)과 연결될 수 있다. 이때, 제1 하부연결관(153A)은 제1 하부분기블록(151)을 통하여 제1 냉각관(171) 및 외부 연결관(190)과 연결될 수 있다. 또한, 제1 상부연결관(153B)은 제1 연결부재(153C)를 통하여 제1 하부연결관(153A) 및 제2 냉각관(172)과 연결될 수 있다. 이때, 제1 상부연결관(153B)은 제1 상부분기블록(152)을 통하여 제2 냉각관(172)과 연결될 수 있다. 제1 연결부재(153C)는 제1 하부연결관(153A)과 제1 상부연결관(153B) 사이에 배치되어 제1 하부연결관(153A)과 제1 상부연결관(153B)을 연결할 수 있다. 이때, 제1 연결부재(153C)는 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 상부연결관(153B) 중 하나의 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 상부연결관(153B) 중 다른 하나는 제1 연결부재(153C)의 내부에 삽입될 수 있다. 이러한 경우 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 상부연결관(153B) 중 하나의 외경은 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 상부연결관(153B) 중 다른 하나의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 하부연결관(153A)의 내경이 제1 상부연결관(153B)의 외경보다 크게 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는 제1 연결부재(153C)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
제1 연결부재(153C)는 제1 코어부재(153C-1)와 제1 외피부재(153C-2)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 코어부재(153C-1)와 제1 외피부재(153C-2)는 경도가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 코어부재(153C-1)는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 제1 외피부재(153C-2)는 실리콘, 고무 등과 같은 탄성재질로 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 외피부재(153C-2)는 제1 연결부재(153C), 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 상부연결관(153B)의 설치 시 변형됨으로써 조립성을 향상시킬 수 있다.
제1 코어부재(153C-1)는 내부에 공간이 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 코어부재(153C-1)의 일단은 내부 공간으로 절곡되도록 형성될 수 있으며, 제1 코어부재(153C-1)의 타단은 제1 코어부재(153C-1)의 외주면으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
제1 외피부재(153C-2)는 제1 코어부재(153C-1)를 완전히 감싸도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 외피부재(153C-2)는 외면 및 내면 중 적어도 하나의 면으로부터 돌출되는 제1 돌기(153C-3)를 포함할 수 있다. 제1 돌기(153C-3)는 제1 외피부재(153C-2)와 제1 하부연결관(153A) 또는 제1 외피부재(153C-2)와 제1 상부연결관(153B) 사이에 배치되어 제1 하부연결관(153A)과 제1 연결부재(153C) 또는 제1 상부연결관(153B)과 제1 연결부재(153C) 사이의 공간을 실링할 수 있다.
상기와 같은 경우 제1 돌기(153C-3)는 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 외부돌기(153C-3A)는 제1 외피부재(153C-2)의 외면에 형성되어 제1 외피부재(153C-2)와 제1 하부연결관(153A) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 내부돌기(153C-3B)는 제1 외피부재(153C-2)의 내면에 형성되어 제1 외피부재(153C-2)와 제1 상부연결관(153B) 사이에 배치될 수 있다.
제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 복수개 구비될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 외부돌기(153C-3A)는 복수개 구비되고, 제1 내부돌기(153C-3B)는 하나가 구비되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 제1 외부돌기(153C-3A)가 복수개 구비되는 경우, 복수개의 제1 외부돌기(153C-3A)는 제1 외피부재(153C-2)의 길이 방향으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 제1 외피부재(153C-2)의 외주면을 일주하도록 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 제1 외피부재(153C-2)의 외주면에 폐루프(Closed-loop)를 형성할 수 있다. 다른 실시예로써 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 제1 외피부재(153C-2)의 외주면을 따라 복수개 구비될 수 있다. 이때, 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 서로 이격되도록 제1 외피부재(153C-2)의 외주면에 배치되는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B) 중 적어도 하나는 제1 외피부재(153C-2)의 외주면에 폐루프를 형성하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 제1 연결부(153)를 조립하는 경우 제1 하부연결관(153A)에 제1 연결부재(153C)를 삽입할 수 있다. 이때, 제1 연결부재(153C)는 제1 하부연결관(153A) 내부에 억지끼움으로 결합할 수 있다. 특히 제1 외부돌기(153C-3A)가 제1 하부연결관(153A)의 내면에 완전히 밀착할 수 있다. 제1 코어부재(153C-1)의 타단에 절곡된 부분은 제1 걸림부(153C-4)를 형성하여 제1 하부연결관(153A)의 일단에 안착될 수 있다. 특히 제1 걸림부(153C-4)의 외경은 제1 하부연결관(153A)의 외경보다 크게 형성됨으로써 제1 하부연결관(153A)의 끝단이 제1 걸림부(153C-4)에 걸릴 수 있다.
또한, 제1 연결부재(153C)의 내부에 제1 상부연결관(153B)을 삽입할 수 있다. 이러한 경우 제1 상부연결관(153B)은 제1 연결부재(153C)의 내부의 제1 내부돌기(153C-3B)와 접촉할 수 있다. 이때, 제1 상부연결관(153B)은 제1 내부돌기(153C-3B)로 인하여 제1 연결부재(153C)와 억지끼움 결합할 수 있다. 특히 제1 상부연결관(153B)이 제1 연결부재(153C)에 삽입되는 경우 제1 걸림부(153C-4)가 제1 하부연결관(153A)과 접촉하면 제1 연결부재(153C)가 제1 하부연결관(153A) 내부로 지속적으로 진입하지 않을 수 있다. 또한, 제1 상부연결관(153B)이 제1 연결부재(153C)에 삽입될 때, 제1 연결부재(153C)의 내부에는 제1 연결부재(153C) 내측으로 돌출된 제1 안착부(153C-5)에 제1 상부연결관(153B)의 일단이 접촉할 수 있다. 이러한 경우 제1 상부연결관(153B)은 제1 연결부재(153C) 내부에서 지속적으로 이동하지 않으며 위치가 고정될 수 있다.
상기와 같이 제1 하부연결관(153A), 제1 연결부재(153C) 및 제1 상부연결관(153B)이 서로 결합하는 경우 제1 외부돌기(153C-3A) 및 제1 내부돌기(153C-3B)를 통하여 제1 하부연결관(153A), 제1 연결부재(153C) 및 제1 상부연결관(153B)은 별도의 부재 없이도 서로 분리되지 않을 수 있다. 또한, 제1 외부돌기(153C-3A)는 제1 하부연결관(153A)의 내면에 완전히 밀착하고, 제1 내부돌기(153C-3B)는 제1 상부연결관(153B)의 외면에 완전히 밀착함으로써 제1 연결부재(153C)의 외면과 제1 하부연결관(153A) 내면 사이의 공간 및 제1 연결부재(153C)의 내면과 제1 상부연결관(153B) 외면 사이의 공간을 완전히 실링시킬 수 있다.
따라서 배터리 모듈은 제1 연결부재(153C)를 통하여 제1 냉각관(171)과 제2 냉각관(172)을 간단한 구조를 통하여 연결하는 것이 가능하다. 또한, 배터리 모듈은 제1 연결부재(153C)를 통하여 제1 냉각관(171) 및 제2 냉각관(172)의 연결 후 발생할 수 있는 누수를 방지함으로써 배터리 모듈의 수명을 연장시키고 안정성을 증대시킬 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 간단한 구조를 가지고 냉각관을 연결할 수 있는 베터리 모듈을 제공하고, 이러한 베터리 모듈은 전기자동차, 하이브리드 자동차, 하이브리드 선박, 전기 자전거, 이동 모바일 기기 등에 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 냉각관;
    상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제2 냉각관; 및
    상기 제1 냉각관과 상기 제2 냉각관을 연결하는 분기부;를 포함하고,
    상기 분기부는,
    상기 제1 냉각관과 연결되는 하부연결관;
    상기 제2 냉각관과 연결되는 상부연결관; 및
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나가 삽입되며, 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나에 삽입되는 연결부재;를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 측으로 돌출되는 돌기;를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기는,
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나 측으로 돌출되는 외부돌기; 및
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나 측으로 돌출되는 내부돌기;를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기는 복수개 구비될 수 있으며,
    상기 복수개의 돌기는 서로 이격되도록 배치되는 배터리 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 연결부재의 외면을 일주하여 폐루프(Closed-loop)를 형성하는 배터리 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    코어부재; 및
    상기 코어부재의 외면을 감싸도록 배치되는 외피부재;를 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 외피부재는 경도가 서로 상이한 배터리 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 하나의 끝단을 지지하는 안착부; 및
    상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관 중 다른 하나의 끝단에 걸리는 걸림부;를 포함하는 배터리 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각관과 상기 하부연결관 사이에 배치되는 하부분기블록;을 더 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 냉각관과 상기 상부연결관 사이에 배치되는 상부분기블록;을 더 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각관이 배치되는 제1 냉각 플레이트;를 더 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 냉각관이 배치되는 제2 냉각 플레이트;를 더 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 하부연결관 또는 상기 상부연결관과 억지끼움 결합하는 배터리 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각관과 연결되며, 상기 제1 냉각관과 일정 각도를 형성하도록 상기 제1 냉각관과 다른 평면에 배치되는 제3 냉각관;을 더 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제3 냉각관이 배치되는 제3 냉각 플레이트;를 더 포함하는 배터리 모듈.
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