KR102129094B1 - 전기차량용 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차량용 배터리 모듈에 관한 것으로, 복수의 전지셀와, 상기 전지셀들 사이에 개재된 복수의 냉각채널부재와, 상기 전지셀의 테두리를 지지하도록 적층된 복수의 지지프레임 및 상기 전지셀과 마주하는 상기 냉각채널부재의 표면에 라미네이트되는 열전달 패드를 포함하고, 상기 냉각채널부재는 상기 열전달 패드와 마주하는 표면에 상기 열전달 패드가 라미네이트 될 때 공기를 빼내는 복수의 공기빼기 홈이 형성되고, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전기차량용 배터리 모듈가 개시된다.

Description

전기차량용 배터리 모듈{Battery modules for electric vehicles}
본 발명은 전기차량용 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전달 패드가 냉각채널부재의 표면에 라미네이트될 때 열전달 패드와 냉각채널부재의 표면 사이에 공기층이 형성되지 않도록 하여 전지셀을 신속하게 냉각할 수 있는 전기차량용 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기차량(Electric vehicle: EV)은 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전기차량은 주로 배터리에 충전된 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 2차 전지로 이루어진 배터리를 주 동력원으로 사용하고 있다.
이러한 전기차량용 배터리는 도 1에 도시된 바와 같이, 전원을 제공하는 전지셀(1)들이 적층된 상태로 직렬 연결되어 차량에 전원을 공급한다.
전기차량용 배터리(100)는 전지셀(1)들이 충전과 방전을 하는 동안에 열이 발생됨에 따라 온도가 상승하게 되면 전해질 분해가 일어나 성능이 떨어지고 수명이 현저하게 단축되기 때문에 수명이 현저하게 단축된다.
따라서, 전기차량용 배터리(100)는 도 1과 같이 전지셀(1)들의 사이에 방열판(2)이 개재되어 전지셀(1)에서 발생하는 열을 방열하며, 냉각관로(미도시)가 방열판(2)에 밀착된 상태로 마련되어 냉매가 냉각관로를 통과하면서 방열판(2)을 냉각시키고, 방열판(2)이 전지셀(1)을 냉각시키도록 구성된다.
하지만, 종래의 전기자동차용 배터리(100)는 냉각관로가 방열판(2)을 매개로 전지셀(1)을 간접적으로 냉각시키는 구조로 이루어지므로, 전지셀(1)에 대한 냉각효율이 극히 저하되고, 이로 인해 온도 상승에 따른 전해질 분해에 의한 그 성능 저하, 수명 단축 등의 문제점이 여전히 뒤따르는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 선행기술로 한국 등록특허 제10-1631458호의 "전기자동차용 배터리"가 개시되어 있다. 선행기술은 적층된 전지셀들 사이에 냉각채널부재를 개재시켜 냉각채널부재가 전지셀과 직접 접촉하게 하여 개별 전지셀에 대한 냉각효율을 향상시키게 된다.
그러나, 상기와 같은 선행기술은 냉각채널부재와 전지셀이 마주하는 면이 완벽하게 면 접촉해야 하지만 냉각채널부재 및 전지셀의 평탄도 오차와 조립에 따른 오차 등으로 인해 냉각채널부재의 표면과 전지셀의 표면에 들뜸이 발생하게 되고, 이로부터 열전달 효율이 감소되는 문제가 있다.
따라서, 냉각채널부재의 표면과 전지셀의 표면에 들뜸이 발생하지 않도록 도 2에 도시된 바와 같이 열전달 패드(4)를 냉각채널부재(3)의 표면에 라미네이트하여 전지셀에서 발생한 열이 열전달 패드(4)를 통해 냉각채널부재(3)에 전달됨으로써 전지셀을 냉각시키게 된다.
그러나, 상기와 같은 열전달 패드(4)를 냉각채널부재(3)의 표면에 라미네이트하는 과정에서 열전달 패드(4)와 냉각채널부재(3) 사이에 공기층(5)이 형성되고, 이러한 공기층(5)의 형성은 냉각채널부재(3)와 전지셀의 열전달을 방해하기 때문에 전지셀을 신속하게 냉각시킬 수 없는 문제가 있다.
KR 10-1386673 B1 (2014.04.18) KR 10-1631458 B1 (2016.06.13)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각채널부재의 표면에 열전달 패드가 라미네이트 될 때 냉각채널부재와 열전달 패드 사이에 공기층이 형성되지 않도록 하여 전지셀과 냉각채널부재의 열전달을 원활하게 할 수 있고 이로부터 전지셀을 신속하게 냉각시키는 전기차량용 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 복수의 전지셀와, 상기 전지셀들 사이에 개재된 복수의 냉각채널부재와, 상기 전지셀의 테두리를 지지하도록 적층된 복수의 지지프레임 및 상기 전지셀과 마주하는 상기 냉각채널부재의 표면에 라미네이트되는 열전달 패드를 포함하고, 상기 냉각채널부재는 상기 열전달 패드와 마주하는 표면에 상기 열전달 패드가 라미네이트 될 때 공기를 빼내는 복수의 공기빼기 홈이 형성되고, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전기차량용 배터리 모듈에 의해 달성된다.
여기서, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 깊이가 깊어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 폭이 넓어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 단면적 형상이 삼각형에서 사다리꼴의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공기빼기 홈은 상기 냉각채널부재의 표면에 서로 교차하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기빼기 홈은 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제1벤트 홈 및 상기 제1벤트 홈에서 분기되어 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제2벤트 홈을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈에 의하면, 열전달 패드와 마주하는 냉각채널부재의 표면에 공기빼기 홈이 형성되어 열전달 패드가 냉각채널부재의 표면에 라미네이트 될 때 공기층을 형성하지 않아 전지셀과 냉각채널부재 간의 열전달을 신속히 하며, 따라서 전지셀에 대한 냉각효율을 대폭 향상시키게 된다.
도 1은 종래의 전기차량용 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트될 때 공기층의 형성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각채널부재에 형성된 공기빼기 홈을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각채널부재에 형성된 공기빼기 홈을 확대하여 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각채널부재에 형성되는 공기빼기 홈의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각체널부재에 형성되는 공기빼기 홈의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈을 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각채널부재에 형성된 공기빼기 홈을 확대하여 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈 중 냉각채널부재에 형성된 공기빼기 홈을 확대하여 나타낸 측단면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈은 상하방향으로 적층된 복수의 전지셀(10)과, 적어도 일부의 전지셀(10)들 사이에 개재된 복수의 냉각채널부재(15)와, 전지셀(10)의 테두리를 지지하도록 적층된 복수의 지지프레임(11)(12)을 포함한다.
특히, 본 발명은 전지셀(10)과 마주하는 냉각채널부재(15)의 표면에 라미네이트되는 열전달 패드(20)를 포함하게 되는데, 냉각채널부재(15)는 열전달 패드(20)와 마주하는 표면에 열전달 패드(20)가 라미네이트 될 때 공기를 빼내는 복수의 공기빼기 홈(21)이 형성되어 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)의 표면에 라미네이트 될 때 공기층을 형성하지 않아 전지셀(10)과 냉각채널부재(15) 간의 열전달을 신속하게 한다.
또한, 냉각채널부재(15)의 표면에 형성되는 공기빼기 홈(21)은 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상으로 이루어져 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)의 표면에 접합되는 것에 따라 열전달 패드(20)와 냉각채널부재(15) 사이의 공기가 원활하게 냉각채널부재(15)의 외부로 배기되면서 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 밀착된다.
부연하자면, 전지셀(10)은 차량의 전원을 제공하는 구성요소로서 본 발명이 속하는 업계에 널리 알려진 통상의 전지셀로 구성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 상하방향으로 적층된 상태로 서로 접속되어 차량에 전원을 공급하도록 구성된다.
전지셀(10)은 그 외측 가장자리에서 외측으로 돌출된 테두리(10a)를 가지고, 전지셀(10)의 테두리(10a)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 지지프레임(11)(12)들 사이에 개재됨으로써 복수의 전지셀(10)은 그 상하방향의 적층 상태가 안정되게 이루어진다.
복수의 지지프레임(11)(12)은 전지셀(10)의 테두리를 지지하도록 외곽을 따라 마련되어 상하방향으로 적층된다. 특히, 각 지지프레임(11)(12)의 외측 모서리 부분에는 복수의 장착러그(미도시)가 형성되고, 복수의 장착러그를 관통하여 장볼트(13)가 체결됨으로써 복수의 지지프레임(11)(12)은 상하방향으로 안정되게 적층된 상태를 유지하게 된다.
그리고, 지지프레임(11)(12)들의 최상단은 상부플레이트(14a)가 배치되고, 지지플레임(11)(12)들의 최하단은 하부플레이트(14b)가 배치된다. 이러한 상부플레이트(14a) 및 하부플레이트(14b)는 복수의 장볼트(13)에 의해 지지프레임(11)(12)들과 함께 상하방향으로 결합되고, 이를 통해 복수의 전지셀(10)은 안정된 적층상태를 유지하게 된다.
복수의 냉각채널부재(15)는 상하방향으로 적층되는 복수의 전지셀(10)들 중에서 적어도 일부의 전지셀(10)들 사이에 개별적으로 개재되고, 이에 냉각채널부재(15)는 인접한 전지셀(10)과 열전달 패드를 매개로 접촉하도록 구성된다.
이와 같이, 본 발명은 복수의 냉각채널부재(15)가 상하방향으로 적층되는 일부의 전지셀(10)들 사이에 개재되고, 이를 통해 냉각채널부재(15)와 전지셀(10)이 열전달 패드(20)를 매개로 접촉하게 됨으로써 전지셀(10)에 대한 냉각효율을 대폭 향상시키게 된다.
또한, 각 냉각채널부재(15)는 그 내부에 하나 이상의 채널(16)을 가지고, 특히 각 냉각채널부재(15)는 균일한 간격으로 구획되게 형성된 복수의 채널(16)을 가질 수 있다.
이와 같이, 복수의 채널(16)이 각 냉각채널부재(15)에 마련됨으로써 복수의 채널(16)을 통해 냉매를 균일하게 관류시킬 수 있으므로, 냉매에 의한 전지셀(10)의 냉각성능을 향상시키게 된다.
또한, 채널(16)의 내면에는 도 3의 원안에 확대된 바와 같이, 복수의 미세돌기(16a)가 형성됨으로써 전지셀(10)에 대한 냉각효율을 대폭 항샹시키게 된다.
한편, 냉각채널부재(15)의 표면에 형성되는 공기빼기 홈(21)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 갖게 된다.
이러한 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈(21)의 단면적이 증가하는 형상은 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈(21)의 깊이가 깊어지게 형성될 수 있다.
즉, 도 4에서는 열전달 패드(20)의 중앙이 냉각채널부재(15)의 중앙에서 외측을 향해 접합이 진행되고, 이에 따라 공기빼기 홈(21)의 단면적은 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)의 중앙에 해당하는 부분에서 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)의 외측으로 갈수록 그 깊이가 증가하게 되어 공기빼기 홈(21)의 단면적이 증가하는 형상을 갖게 된다.
이와는 다르게 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)의 일측에서 타측으로 접합이 진행될 수 있으며 이때, 공기빼기 홈(21)의 단면적은 냉각채널부재(15)의 일측에서 타측으로 갈수록 깊이가 증가하게 되어 공기빼기 홈(21)의 단면적이 증가하는 형상을 갖게 된다.
이와 같이, 공기빼기 홈(21)의 단면적이 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 증가하는 형상을 갖게 되는 것에 따라 열전달 패드(20)와 냉각채널부재(15) 사이의 공기를 냉각채널부재(15)의 외부로 원활하게 배출하게 되면서 열전달 패드(20)와 냉각채널부재(15) 사이에 공기가 빠져나가지 못해 형성되는 공기층의 발생을 방지하여 전지셀(10)과 냉각채널부재(15) 간의 열전달을 신속하게 하여 전지셀(10)의 냉각성능을 향상시키게 된다.
또한, 냉각채널부재(15)에 형성되는 공기빼기 홈(21)의 단면적은 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈(21)의 폭이 넓어지는 형상은 예를 들어, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)의 중앙에 해당하는 부분은 역삼각형의 형상을 이루다가 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)의 외측으로 갈수록 사다리꼴의 형태를 갖도록 함으로써, 공기빼기 홈(21)의 폭이 넓어지는 형상을 갖게 되어 공기빼기 홈(21)의 단면적이 증가하게 되고, 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 공기층이 형성되지 않게 된다.
한편, 냉각채널부재(15)에 형성되는 공기빼기 홈(21)은 도 4에 도시된 바와 같이 직선의 형태를 갖을 수도 있지만 도 7에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)의 표면에 다수의 공기빼기 홈(21)이 서로 교차하여 형성될 수도 있다.
이와 같이, 공기빼기 홈(21)이 서로 교차하여 형성되는 경우 어느 하나의 공기빼기 홈(21)에 이물질이 고착되어 공기가 빠져나가는 유로가 막혔을 때 교차한 다른 공기빼기 홈(21)으로 공기가 우회하여 빠져나가게 되고 따라서 공기층의 발생을 방지하게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 냉각채널부재(15)에 형성되는 공기빼기 홈(21)은 가지의 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 가지의 형태를 갖는 공기빼기 홈(21)은 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제1벤트 홈(21a) 및 상기 제1벤트 홈(21a)에서 분기되어 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제2벤트 홈(21b)으로 이루어진다.
이와 같이, 공기빼기 홈(21)이 가지의 형태로 냉각채널부재(15)에 형성되면 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)에 라미네이트될 때 제1벤트 홈(21a)을 통해 배기되는 공기의 일부가 제2벤트 홈(21b)을 통해 냉각채널부재(15)의 외측으로 안내되어 신속하게 공기를 배기시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 전기차량용 배터리 모듈에 의하면, 열전달 패드(20)와 마주하는 냉각채널부재(15)의 표면에 공기빼기 홈(21)이 형성되어 열전달 패드(20)가 냉각채널부재(15)의 표면에 라미네이트 될 때 공기층을 형성하지 않아 전지셀(10)과 냉각채널부재(15) 간의 열전달을 신속히 하며, 따라서 전지셀(10)에 대한 냉각효율을 대폭 향상시키게 된다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 전지셀 11, 12 : 지지프레임
15 : 냉각채널부재 20 : 열전달 패드
21 : 공기빼기 홈 21a : 제1벤트 홈
21b : 제2벤트 홈

Claims (4)

  1. 복수의 전지셀;
    상기 전지셀들 사이에 개재된 복수의 냉각채널부재;
    상기 전지셀의 테두리를 지지하도록 적층된 복수의 지지프레임; 및
    상기 전지셀과 마주하는 상기 냉각채널부재의 표면에 라미네이트되는 열전달 패드;를 포함하고,
    상기 냉각채널부재는
    상기 열전달 패드와 마주하는 표면에 상기 열전달 패드가 라미네이트 될 때 공기를 빼내는 복수의 공기빼기 홈이 형성되고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 갖고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 깊이가 깊어지고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 폭이 넓어지며,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 단면적 형상이 삼각형에서 사다리꼴의 형태를 갖고,
    상기 공기빼기 홈은 상기 냉각채널부재의 표면에 서로 교차하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 배터리 모듈.
  2. 복수의 전지셀;
    상기 전지셀들 사이에 개재된 복수의 냉각채널부재;
    상기 전지셀의 테두리를 지지하도록 적층된 복수의 지지프레임; 및
    상기 전지셀과 마주하는 상기 냉각채널부재의 표면에 라미네이트되는 열전달 패드;를 포함하고,
    상기 냉각채널부재는
    상기 열전달 패드와 마주하는 표면에 상기 열전달 패드가 라미네이트 될 때 공기를 빼내는 복수의 공기빼기 홈이 형성되고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 갖고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 깊이가 깊어지고,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 폭이 넓어지며,
    상기 공기빼기 홈은
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 갈수록 공기빼기 홈의 단면적 형상이 삼각형에서 사다리꼴의 형태를 갖고,
    상기 공기빼기 홈은 가지의 형태를 갖도록
    상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제1벤트 홈; 및
    상기 제1벤트 홈에서 분기되어 상기 열전달 패드가 냉각채널부재에 라미네이트 될 때 접합이 진행되는 방향으로 연장되는 제2벤트 홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 배터리 모듈.
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