KR20140058759A - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20140058759A
KR20140058759A KR1020120124535A KR20120124535A KR20140058759A KR 20140058759 A KR20140058759 A KR 20140058759A KR 1020120124535 A KR1020120124535 A KR 1020120124535A KR 20120124535 A KR20120124535 A KR 20120124535A KR 20140058759 A KR20140058759 A KR 20140058759A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
inlet
outlet
cooling channel
cooling air
Prior art date
Application number
KR1020120124535A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102050310B1 (ko
Inventor
진예진
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020120124535A priority Critical patent/KR102050310B1/ko
Publication of KR20140058759A publication Critical patent/KR20140058759A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102050310B1 publication Critical patent/KR102050310B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 다수개의 배터리 셀 또는 배터리 모듈이 나란히 적층되어 형성되는 배터리 팩에 있어서, 배터리 셀들 사이에 형성되는 냉각 채널들 또는 배터리 모듈들 사이 및 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들 사이에 형성되는 냉각 채널들의 냉각 공기 유입측과 유출측의 차압 및 배터리 팩의 형상에 따라 적절하게 막아주어 냉각 공기의 유량 분배 균일성을 향상시킴으로써, 각각의 배터리 셀 또는 배터리 모듈이 균일하게 냉각될 수 있도록 하여 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 {Battery pack}
본 발명은 다수개의 배터리 셀 또는 배터리 모듈이 나란히 적층되어 형성되는 배터리 팩에 있어서, 각각의 배터리 셀 또는 배터리 모듈이 균일하게 냉각될 수 있도록 하여 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
그리고 이차전지는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수개의 배터리 셀을 적층시킨 후 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결하여 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 형태로 제작된다. 이때, 배터리 셀은 반복적인 충전 및 방전에 의해 많은 열이 발생되므로 공냉식 또는 수냉식으로 열을 냉각할 수 있도록 냉각장치가 구성된다.
이러한 배터리 팩은 수 개에서 많게는 수십 개의 배터리 셀이 적층 형성되고, 배터리 셀들 사이에 냉각 공기가 통과할 수 있도록 냉각 채널이 형성되며, 배터리 셀들 사이에 형성된 냉각 채널들의 일측으로 냉각 공기가 유입되고 타측으로 냉각 공기가 배출되어 배터리 셀들이 냉각될 수 있도록 구성된다.
또한, 배터리 팩은 냉각 채널들의 일측에 냉각 공기가 유입되는 입구 덕트가 형성되고, 냉각 채널들의 타측에는 출구 덕트가 형성되어, 입구 덕트의 일측으로 유입된 냉각 공기가 입구 덕트를 따라 유동되어 각각의 냉각 채널들로 분배되고 배터리 셀들 사이를 통과한 후 출구 덕트로 모여 출구 덕트의 일측으로 배출되는 냉각 구조로 형성될 수도 있다.
그런데 배터리 팩은 각각의 배터리 셀들이 적정한 온도로 균일하게 냉각되어야 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 이를 위해 종래에는 입구 덕트 및 출구 덕트의 형상을 변경하거나, 입구 덕트 또는 출구 덕트에 유량을 분배하는 판을 설치하여 각각의 냉각 채널을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배를 균일하게 하여 배터리 셀들의 온도 편차를 줄일 수 있도록 구성된다. 또한, 냉각 공기가 유입되는 유입측에 가까울수록 냉각 채널의 단면적을 크게 하거나, 냉각 공기가 배출되는 유출측에 가까울수록 냉각 채널의 단면적을 작게 함으로써, 냉각 공기의 유량 분배를 균일하게 하여 배터리 셀들의 온도 편차를 줄일 수 있도록 구성된다.
그러나 이와 같은 냉각 방법들은 배터리 셀 사이에 형성되는 각각의 냉각 채널들을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배의 균일도가 충분하지 못하므로, 배터리 셀들의 온도편차가 크고 이에 따라 배터리 팩의 성능이 저하되며 수명이 단축되는 문제점이 있다.
이와 관련된 종래 기술로는 미국공개특허(20090311586)인 "Middle- or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity in coolant flux"가 개시되어 있다.
US 20090311586 A1 (2009.12.17.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 셀 또는 배터리 모듈 사이에 형성되는 각각의 냉각 채널들을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배를 균일하게 함으로써, 배터리 셀들의 온도편차를 줄일 수 있고 이에 따라 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 일정 간격을 두고 나란히 배치되는 다수개의 배터리 셀; 상기 배터리 셀들 사이에 각각 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널; 및 상기 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부가 형성되는 유량 분배기; 를 포함한다.
또한, 상기 유량 분배기는 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합된다.
또한, 상기 냉각 채널들의 냉각 채널 입구에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성되는 입구 덕트; 및 상기 냉각 채널들의 냉각 채널 출구에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구가 형성되는 출구 덕트; 를 더 포함한다.
또한, 상기 폐쇄부는 유입구와 유출구의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널의 형상, 유입구를 포함한 입구 덕트의 형상 및 유출구를 포함한 출구 덕트의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
또한, 상기 유량 분배기는, 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 그리드 막; 및 상기 그리드 막에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부; 를 포함한다.
그리고 본 발명의 배터리 팩은, 일정 간격을 두고 나란히 배치되는 다수개의 배터리 모듈; 상기 각각의 배터리 모듈 내부를 통과하도록 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널과, 배터리 모듈들 사이에 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널; 및 상기 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부가 형성되는 유량 분배기; 를 포함한다.
그리고 상기 유량 분배기는 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합된다.
또한, 상기 냉각 채널들의 냉각 채널 입구에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성되는 입구 덕트; 및 상기 냉각 채널들의 냉각 채널 출구에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구가 형성되는 출구 덕트; 를 더 포함한다.
또한, 상기 폐쇄부는 유입구와 유출구의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널의 형상, 유입구를 포함한 입구 덕트의 형상 및 유출구를 포함한 출구 덕트의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
또한, 상기 유량 분배기는, 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 유량 분배판; 상기 유량 분배판에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부가 개방되는 개방부: 및 상기 유량 분배판에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부; 를 포함한다.
또한, 상기 폐쇄부는 상기 유량 분배판에 수직으로 돌출 형성되어, 상기 폐쇄부가 냉각 채널에 삽입되도록 결합된다.
본 발명의 배터리 팩은 배터리 셀 또는 배터리 모듈 사이에 형성되는 각각의 냉각 채널들을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배를 균일하게 함으로써, 배터리 셀들의 온도편차를 줄일 수 있고 이에 따라 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 평면 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 유량 분배기에 의해 각각의 냉각 채널들이 부분적으로 막힌 상태를 나타낸 개략도.
도 5는 유량 분배기가 설치되지 않은 배터리 팩의 온도를 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 분배기가 설치된 배터리 팩의 온도를 나타낸 사진.
도 7은 도 5 및 도 6의 배터리 팩에서 각각의 냉각 채널들의 냉각 공기 질량유량을 비교한 그래프.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 분해사시도, 부분 조립사시도, 전체 조립사시도 및 평면 단면도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 및 유량 분배기를 나타낸 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 평면 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 유량 분배기에 의해 각각의 냉각 채널들이 부분적으로 막힌 상태를 나타낸 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 본 발명의 배터리 팩(1000)은, 나란히 병렬 배치되는 다수개의 배터리 셀(100); 상기 배터리 셀(100)들 사이에 각각 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널(110); 상기 냉각 채널(110)들 일측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)들, 냉각 채널(110)들 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들 또는 냉각 채널(110)들 내부에 결합되며, 상기 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)가 형성되는 유량 분배기(400); 상기 냉각 채널(110)들의 냉각 채널 입구(120)에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구(210)가 형성되는 입구 덕트(200); 및 상기 냉각 채널(110)들의 냉각 채널 출구(130)에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구(310)가 형성되는 출구 덕트(300); 를 포함하며, 상기 폐쇄부(420)는 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널(110)의 형상, 유입구(210)를 포함한 입구 덕트(200)의 형상 및 유출구(310)를 포함한 출구 덕트(300)의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
우선, 배터리 셀(100)은 다수개가 일정거리 이격되어 나란히 병렬 배치된다. 이때, 배터리 셀(100)은 하나의 배터리 셀로 구성되거나, 두 개 이상의 배터리 셀이 결합되어 형성되는 하나의 단위 모듈(배터리 모듈)이 될 수도 있다.
냉각 채널(110)은 배터리 셀(100)들 사이에 형성되어 냉각 공기가 유동될 수 있도록 형성되는 통로이다. 이때, 냉각 채널(110)은 배터리 셀(100)들이 일정거리 이격되어 형성되는 간격이 냉각 채널(110)로 형성될 수도 있으며, 도 1 및 도 2와 같이 배터리 셀(100)들 사이에 각각 개재되고 최외곽 배터리 셀(100)의 외측에 배치되는 냉각 튜브(111)가 밀착되어 냉각 튜브(111)의 내측이 냉각 채널(110)로 형성될 수 있다.
유량 분배기(400)는 냉각 채널(110)들 일측인 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)에 결합되거나, 냉각 채널(110)들의 타측인 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들에 결합될 수 있으며, 냉각 채널 입구(120)와 냉각 채널 출구(130) 사이의 냉각 채널(110)들 내부에 결합될 수 있다.
즉, 다수개의 냉각 채널(110)들을 형성하는 냉각 튜브(111)들의 냉각 채널 입구(120), 냉각 채널 출구(130) 또는 냉각 튜브(111)의 중간에 유량 분배기(400)가 결합된다. 그리고 유량 분배기(400)는 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)가 형성되어, 냉각 채널(110)을 통과하는 냉각 공기의 유동 단면적을 줄이는 역할을 한다. 즉, 폐쇄부(420)에 의해 냉각 채널(110)을 통과하는 냉각 공기의 유량이 감소된다.
입구 덕트(200)는 냉각 채널 입구(120)에 결합되며, 입구 덕트(200)에는 냉각 공기가 유입되는 유입구(210)가 형성된다. 즉, 유입구(210)를 통해 냉각 공기가 유입되고 입구 덕트(200)를 따라 유동되어 각각의 냉각 채널(110)로 분배되도록 구성된다. 이때, 입구 덕트(200)는 냉각 채널 입구(120)와 결합되는 면에 높이 방향으로 다수개의 슬롯이 형성되어, 냉각 튜브(111)의 냉각 채널 입구(120)가 삽입되도록 결합될 수 있다.
출구 덕트(300)는 냉각 채널 출구(130)에 결합되며, 출구 덕트(300)에는 냉각 공기가 유출되는 유출구(310)가 형성된다. 즉, 냉각 채널(110)들을 통과한 냉각 공기가 출구 덕트(300)로 모여 유출구(310)로 배출되도록 구성된다. 이때, 출구 덕트(300)는 냉각 채널 출구(130)와 결합되는 면에 각각의 냉각 채널 출구(130)의 형상 및 위치에 대응되도록 슬롯이 형성되어 유량 분배기(400)에 밀착될 수 있다. 또는 출구 덕트(300)의 슬롯이 형성되는 내측면에 유량 분배기(400)가 밀착되도록 결합되고, 다수개의 냉각 채널 출구(130)가 슬롯에 삽입되도록 결합될 수도 있다. 그리하여 냉각 채널(110)들을 통과한 냉각 공기가 냉각 튜브(111)의 외부로 누출되지 않고 유량 분배기(400)를 거쳐 출구 덕트(300)로 모여 유출구(310)를 통해 외부로 배출되도록 구성된다.
여기에서 폐쇄부(420)는 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막도록 형성되며, 각각의 냉각 채널(110)들을 막는 면적이 달라지도록 폐쇄부(420)의 길이, 위치 및 개수가 다르게 형성될 수 있다. 즉, 유량 분배기(400)에 형성되는 폐쇄부(420)가 하나의 냉각 채널 출구(130)에는 높이 방향 하측에 하나만 짧게 형성되고, 다른 냉각 채널 출구(130)에는 하나가 길게 형성되며, 또 다른 냉각 채널 출구(130)에는 두 개가 짧게 높이 방향으로 일정거리 이격되도록 형성될 수도 있다. 다시 말하면 다수개의 냉각 채널(110)을 막도록 형성되는 폐쇄부(420)가 일정한 경향으로 점점 길거나 짧게 형성되는 것이 아니며, 불규칙적인 형태로 형성되는 것이다.
이때, 폐쇄부(420)는 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널(110)의 형상, 유입구(210)를 포함한 입구 덕트(200)의 형상 및 유출구(310)를 포함한 출구 덕트(300)의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
이는 폐쇄부(420)가 유체해석 소프트웨어를 통해 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널(110)의 형상, 유입구(210)를 포함한 입구 덕트(200)의 형상 및 유출구(310)를 포함한 출구 덕트(300)의 형상 데이터(경계조건)를 입력하였을 때, 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP)가 최소값이 되도록 하는 폐쇄부(420)의 패턴을 얻도록 하는 것이다.
즉, 배터리 팩을 구성하는 부품들의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 하는 폐쇄부(420)의 최적화된 패턴이 형성되도록 할 수 있다.
그리하여 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 폐쇄부(420)를 형성하면, 각각의 냉각 채널(110)을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배가 균일해져 배터리 셀(100)들 균일하게 냉각시킬 수 있으며 배터리 셀(100)들의 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 이에 따라 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 이에 따라 입구 덕트(200) 및 출구 덕트(300) 형상의 제약을 줄일 수 있으며, 유입구(210) 및 유출구(310)의 위치 형성이 용이해질 수 있다.
또한, 겨울철 및 온도가 낮은 지역에서 사용될 때 배터리 팩의 시동성 및 성능 향상을 위해 배터리 셀이 가열되도록 냉각 채널로 가열된 공기를 공급하는 경우에도 유량 분배가 균일해져 배터리 셀들을 고르게 가열할 수 있으며, 이에 따라 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
도 5는 유량 분배기가 설치되지 않은 배터리 팩의 온도를 나타낸 사진이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 분배기가 설치된 배터리 팩의 온도를 나타낸 사진이며, 도 7은 도 5 및 도 6의 배터리 팩에서 각각의 냉각 채널들의 냉각 공기 질량유량을 비교한 그래프이다.
도 5를 참조하면 유량 분배기가 설치되지 않은 배터리 팩은, 배터리 팩의 좌측 후방의 배터리 셀의 온도가 높고, 우측 전방의 배터리 셀의 온도가 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 각각의 냉각 채널을 통과한 냉각 공기의 유량 분배가 균일하지 않아 배터리 셀들 간의 온도 편차가 크게 나타난다.
반면, 도 6을 참조하면 유량 분배기가 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 전체 배터리 셀들 간의 온도 편차가 작게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7과 같이 유량 분배기의 설치 전후 배터리 팩에서 각각의 냉각 채널들의 냉각 공기 질량유량을 비교해 보면 유량 분배기를 설치한 후 유량 분배가 균일한 것을 알 수 있다.
그리고 상기 유량 분배기(400)는, 냉각 채널(110)들 일측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)들, 냉각 채널(110)들 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 그리드 막(410); 및 상기 그리드 막(410)에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부(420); 를 포함할 수 있다.
즉, 도 1 및 도 4와 같이 격자 형태 또는 망사 형태의 그리드 막(410)에 폐쇄부(420)의 패턴을 형성하여 유량 분배기(400)를 구성하여, 유량 분배기(400)를 냉각 채널 입구(120)들 또는 냉각 채널 출구(130)들에 결합하기 용이하게 할 수 있으며, 냉각 채널(110) 중간에 결합되는 형태로 형성될 수도 있다.
이때, 그리드 막(410)은 냉각 채널 출구(130)들의 일부분만을 막도록 형성될 수 있다. 즉, 도 4와 같이 냉각 채널 출구(130)들의 상측에만 결합되도록 형성되어, 하측은 냉각 공기가 균일하게 통과되도록 할 수 있다.
그리고 도 8 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 분해사시도, 부분 조립사시도, 전체 조립사시도 및 평면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 나란히 병렬 배치되는 다수개의 배터리 모듈(100a); 상기 각각의 배터리 모듈(100a) 내부를 통과하도록 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널(110)과, 배터리 모듈(100a)들 사이에 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널(110); 상기 냉각 채널(110)들 일측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)들, 냉각 채널(110)들 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들 또는 냉각 채널(110)들 내부에 결합되며, 상기 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)가 형성되는 유량 분배기(400); 상기 냉각 채널(110)들의 냉각 채널 입구(120)에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구(210)가 형성되는 입구 덕트(200); 및 상기 냉각 채널(110)들의 냉각 채널 출구(130)에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구(310)가 형성되는 출구 덕트(300); 를 포함하며, 상기 폐쇄부(420)는 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널(110)의 형상, 유입구(210)를 포함한 입구 덕트(200)의 형상 및 유출구(310)를 포함한 출구 덕트(300)의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
이는 전자의 일 실시예와 유사한 구성이며, 배터리 셀(100)과 냉각 튜브(111)가 적층되는 구성이 아닌, 다수개의 배터리 셀(100)이 내부에 수용된 배터리 모듈(100a)들이 나란히 병렬 배치되는 구성이다.
이때, 배터리 모듈(100a)은 케이스 내부에 다수개의 배터리 셀(100)이 수용되도록 형성되며, 배터리 셀(100)들이 일정거리 이격되도록 형성되고 도 12와 같이 배터리 모듈(100a) 케이스의 양측에 슬롯 형태로 구멍이 형성된다. 그리하여 배터리 모듈(100a)의 일측으로 냉각 공기가 유입되어 배터리 셀(100)들 사이를 통과하여 타측으로 배출되도록 냉각 채널(110)이 형성된다. 그리고 나란히 병렬 배치되는 배터리 모듈(100a)들 사이에도 냉각 공기가 유동되도록 냉각 채널(110)이 형성된다. 그리하여 배터리 모듈(100a)들의 일측에 냉각 채널 입구(120)가 형성되고, 타측에 냉각 채널 출구(130)가 형성된다.
유량 분배기(400)는 냉각 채널(110)들 일측인 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)에 결합되거나, 냉각 채널(110)들의 타측인 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들에 결합될 수 있다. 즉, 냉각 채널 입구(120) 또는 냉각 채널 출구(130)가 형성되는 배터리 모듈(100a)의 케이스 일측 또는 타측에 유량 분배기(400)가 결합된다. 또는 유량 분배기(400)가 냉각 채널(110) 중간에 결합될 수도 있다.
그리고 유량 분배기(400)는 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)가 형성된다.
입구 덕트(200)는 냉각 채널 입구(120)에 결합되며, 입구 덕트(200)에는 냉각 공기가 유입되는 유입구(210)가 형성된다. 즉, 유입구(210)를 통해 냉각 공기가 유입되고 입구 덕트(200)를 따라 유동되어 각각의 냉각 채널(110)로 분배되도록 구성된다. 이때, 입구 덕트(200)는 냉각 채널 입구(120)와 결합되는 면에 높이 방향으로 다수개의 슬롯이 형성되어, 슬롯을 통해 냉각 채널(110)들이 입구 덕트(200)와 연통되도록 결합된다. 이때, 입구 덕트(200)는 배터리 모듈(100a)들의 케이스에 고정될 수 있다.
출구 덕트(300)는 냉각 채널 출구(130)에 결합되며, 출구 덕트(300)에는 냉각 공기가 유출되는 유출구(310)가 형성된다. 즉, 냉각 채널(110)들을 통과한 냉각 공기가 출구 덕트(300)로 모여 유출구(310)로 배출되도록 구성된다. 이때, 출구 덕트(300)는 냉각 채널 출구(130)와 결합되는 면에 각각의 냉각 채널 출구(130)의 형상 및 위치에 대응되도록 슬롯이 형성되어 유량 분배기(400)에 밀착될 수 있다. 이때, 출구 덕트(300)는 일면이 개방되게 형성되어 유량 분배기(400)에 밀착되도록 결합될 수 있다. 그리하여 냉각 채널(110)들을 통과한 냉각 공기가 냉각 채널(110)의 외부로 누출되지 않고 유량 분배기(400)를 거쳐 출구 덕트(300)로 모여 유출구(310)를 통해 외부로 배출되도록 구성된다.
여기에서 폐쇄부(420)는 전자의 실시예와 마찬가지로 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막도록 형성되며, 각각의 냉각 채널(110)들을 막는 면적이 달라지도록 폐쇄부(420)의 길이, 위치 및 개수가 다르게 형성될 수 있다. 또한, 폐쇄부(420)는 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널(110)의 형상, 유입구(210)를 포함한 입구 덕트(200)의 형상 및 유출구(310)를 포함한 출구 덕트(300)의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(420)의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성된다.
그리하여 유입구(210)와 유출구(310)의 냉각 공기의 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 폐쇄부(420)를 형성하면, 각각의 냉각 채널(110)을 통과하는 냉각 공기의 유량 분배가 균일해져 배터리 모듈(100a)들의 배터리 셀(100)들을 균일하게 냉각시킬 수 있으며 배터리 셀(100)들의 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 이에 따라 배터리 팩의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 이에 따라 입구 덕트(200) 및 출구 덕트(300) 형상의 제약을 줄일 수 있으며, 유입구(210) 및 유출구(310)의 위치 형성이 용이해질 수 있다.
또한, 상기 유량 분배기(400)는, 냉각 채널(110)들 일측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구(120)들, 냉각 채널(110)들 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구(130)들 또는 냉각 채널(110)들 내부에 결합되는 유량 분배판(430); 상기 유량 분배판(430)에 형성되어 각각의 냉각 채널(110)들의 일부가 개방되는 개방부(440): 및 상기 유량 분배판(430)에 형성되어 각각의 냉각 채널(110)들의 일부를 막는 폐쇄부(450); 를 포함한다.
이는 도 8 및 도 9와 같이 판형으로 형성되는 유량 분배판(430)에 슬롯 형태의 개방부(440)들을 형성하여 개방부(440)를 통해 각각의 냉각 채널(110)을 통과한 냉각 공기가 출구 덕트(300)로 유입되도록 하는 것이며, 개방되지 않고 각각의 냉각 채널(110)에 대응되어 냉각 채널(110)을 막는 부분이 폐쇄부(450)로 형성되는 것이다.
이와 같이 유량 분배기(400)가 형성되어 배터리 모듈(100a)들에 유량 분배기(400)를 결합하기 용이하며, 또한 출구 덕트(300)도 일측이 개방되도록 형성하여 유량 분배판(430)에 결합되도록 하면 결합이 용이해질 수 있다.
또한, 상기 폐쇄부(450)는 상기 유량 분배판(430)에 수직으로 돌출 형성되어, 상기 폐쇄부(450)가 냉각 채널(110)에 삽입되도록 결합될 수 있다.
즉, 도 13과 같이 폐쇄부(450)를 유량 분배판(430)에 돌출되도록 형성하여 냉각 채널(110)에 삽입되도록 형성하면, 유량 분배기(400)와 배터리 모듈(100a)들의 결합이 용이해질 수 있다. 또한, 냉각 채널(110)과 개방부(440)가 접하는 위치도 정확하게 할 수 있어, 냉각 채널(110) 외부로 냉각 공기가 누출되는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 배터리 팩
100 : 배터리 셀 100a : 배터리 모듈
110 : 냉각 채널 111 : 냉각 튜브
120 : 냉각 채널 입구 130 : 냉각 채널 출구
200 : 입구 덕트 210 : 유입구
300 : 출구 덕트 310 : 유출구
400 : 유량 분배기
410 : 그리드 막 420 : 폐쇄부
430 : 유량 분배판 440 : 개방부
450 : 폐쇄부

Claims (11)

  1. 일정 간격을 두고 나란히 배치되는 다수개의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀들 사이에 각각 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널; 및
    상기 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부가 형성되는 유량 분배기; 를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량 분배기는 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 배터리팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널들의 냉각 채널 입구에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성되는 입구 덕트; 및
    상기 냉각 채널들의 냉각 채널 출구에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구가 형성되는 출구 덕트; 를 더 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폐쇄부는 유입구와 유출구의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널의 형상, 유입구를 포함한 입구 덕트의 형상 및 유출구를 포함한 출구 덕트의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유량 분배기는,
    상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 그리드 막; 및
    상기 그리드 막에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부; 를 포함하는 배터리 팩.
  6. 일정 간격을 두고 나란히 배치되는 다수개의 배터리 모듈;
    상기 각각의 배터리 모듈 내부를 통과하도록 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널과, 배터리 모듈들 사이에 형성되어 냉각 공기가 유동되는 냉각 채널; 및
    상기 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부가 형성되는 유량 분배기; 를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유량 분배기는 상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 배터리팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각 채널들의 냉각 채널 입구에 결합되며, 냉각 공기가 유입되는 유입구가 형성되는 입구 덕트; 및
    상기 냉각 채널들의 냉각 채널 출구에 결합되며, 냉각 공기가 유출되는 유출구가 형성되는 출구 덕트; 를 더 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폐쇄부는 유입구와 유출구의 냉각 공기의 압력차(ΔP), 냉각 채널의 형상, 유입구를 포함한 입구 덕트의 형상 및 유출구를 포함한 출구 덕트의 형상 데이터를 이용하여 유체해석 소프트웨어를 통해 상기 압력차(ΔP)가 최소가 되도록 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부의 면적 및 위치가 각각 다르게 형성되는 배터리 팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 유량 분배기는,
    상기 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유입되는 냉각 채널 입구들, 냉각 채널들 일측 또는 타측의 냉각 공기가 유출되는 냉각 채널 출구들, 또는 냉각 채널들 내부에 결합되는 유량 분배판;
    상기 유량 분배판에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부가 개방되는 개방부: 및
    상기 유량 분배판에 형성되어 각각의 냉각 채널들의 일부를 막는 폐쇄부; 를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폐쇄부는 상기 유량 분배판에 수직으로 돌출 형성되어, 상기 폐쇄부가 냉각 채널에 삽입되도록 결합되는 배터리 팩.
KR1020120124535A 2012-11-06 2012-11-06 배터리 팩 KR102050310B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120124535A KR102050310B1 (ko) 2012-11-06 2012-11-06 배터리 팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120124535A KR102050310B1 (ko) 2012-11-06 2012-11-06 배터리 팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140058759A true KR20140058759A (ko) 2014-05-15
KR102050310B1 KR102050310B1 (ko) 2019-11-29

Family

ID=50888843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120124535A KR102050310B1 (ko) 2012-11-06 2012-11-06 배터리 팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102050310B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106469839A (zh) * 2015-08-17 2017-03-01 株式会社Lg化学 电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆
KR20180001466A (ko) * 2016-06-24 2018-01-04 도요타지도샤가부시키가이샤 배터리 팩 구조
WO2018101751A1 (ko) * 2016-11-29 2018-06-07 주식회사 엘지화학 공냉식 배터리 모듈
WO2018155754A1 (ko) * 2017-02-24 2018-08-30 엠에이치기술개발(주) 배터리용 냉각장치의 제조방법
US10355328B2 (en) 2015-03-23 2019-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling cooling of battery pack
KR20200111353A (ko) * 2019-03-19 2020-09-29 주식회사 성우하이텍 전기자동차용 배터리 모듈 조립체
US10811741B2 (en) 2016-01-12 2020-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery pack for uniform cooling of modules and cooling method of battery pack
WO2021201443A1 (ko) * 2020-04-01 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 차단 구조체를 포함하는 전지모듈
US11616260B2 (en) 2017-07-31 2023-03-28 Lg Energy Solution, Ltd. Cartridge for battery cell and battey module including the same
WO2024117843A1 (ko) * 2022-12-01 2024-06-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004047363A (ja) * 2002-07-15 2004-02-12 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2006179190A (ja) * 2004-12-20 2006-07-06 Toyota Motor Corp 車載用電池パック
US20090311586A1 (en) 2008-06-12 2009-12-17 Lg Chem, Ltd. Middle- or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity in coolant flux

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004047363A (ja) * 2002-07-15 2004-02-12 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2006179190A (ja) * 2004-12-20 2006-07-06 Toyota Motor Corp 車載用電池パック
US20090311586A1 (en) 2008-06-12 2009-12-17 Lg Chem, Ltd. Middle- or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity in coolant flux

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10355328B2 (en) 2015-03-23 2019-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling cooling of battery pack
CN106469839A (zh) * 2015-08-17 2017-03-01 株式会社Lg化学 电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆
US10811741B2 (en) 2016-01-12 2020-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery pack for uniform cooling of modules and cooling method of battery pack
KR20180001466A (ko) * 2016-06-24 2018-01-04 도요타지도샤가부시키가이샤 배터리 팩 구조
CN107546347A (zh) * 2016-06-24 2018-01-05 丰田自动车株式会社 电池包构造
WO2018101751A1 (ko) * 2016-11-29 2018-06-07 주식회사 엘지화학 공냉식 배터리 모듈
US10892529B2 (en) 2016-11-29 2021-01-12 Lg Chem, Ltd. Air-cooling battery module
WO2018155754A1 (ko) * 2017-02-24 2018-08-30 엠에이치기술개발(주) 배터리용 냉각장치의 제조방법
US11616260B2 (en) 2017-07-31 2023-03-28 Lg Energy Solution, Ltd. Cartridge for battery cell and battey module including the same
KR20200111353A (ko) * 2019-03-19 2020-09-29 주식회사 성우하이텍 전기자동차용 배터리 모듈 조립체
WO2021201443A1 (ko) * 2020-04-01 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 차단 구조체를 포함하는 전지모듈
WO2024117843A1 (ko) * 2022-12-01 2024-06-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
KR102050310B1 (ko) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102050310B1 (ko) 배터리 팩
JP6795710B2 (ja) セルエッジ直接冷却方式のバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック
JP5989746B2 (ja) 冷媒分配における均一性を改善した電池パック
EP1979961B1 (en) Cooling structure of lithium ion secondary battery system
EP2156484B1 (en) Middle or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity of coolant flux
US9614206B2 (en) Middle or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity in coolant flux
EP2127001B1 (en) Middle or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity in coolant flux
US8748027B2 (en) Middle or large-sized battery pack case providing improved distribution uniformity of coolant flux
KR101535800B1 (ko) 신규한 공냉식 구조의 전지팩
CN215864862U (zh) 具有内部歧管结构的热交换器
JP6112095B2 (ja) 蓄電装置の温度調節構造
KR20150050449A (ko) 이차 전지용 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈
WO2009038322A2 (en) Unified air cooling structure of high-capacity battery system
KR101655328B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR101535795B1 (ko) 공냉식 구조의 전지팩
CN217788597U (zh) 电池包和具有其的车辆
KR102076168B1 (ko) 전지모듈 어셈블리
KR20240009068A (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 차량
KR20240009239A (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 차량
KR20140130086A (ko) 공냉식 구조의 전지팩

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant