KR20150047373A - 셀 모듈 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리는 전기 에너지를 발생시키는 복수의 셀; 상기 복수의 셀들 사이에 배치되어 열을 흡수하고, 단부에 냉각유로가 형성된 히트 플레이트; 및 상기 복수의 셀과 상기 히트 플레이트가 수용되고 내부에 상기 냉각유로가 형성된 카트리지를 포함한다.

Description

셀 모듈 어셈블리 {Cell Module Assembly}
본 발명은 셀 모듈 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀을 냉각하는 히트 플레이트에 대한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 중대형 전지팩이 사용되고 있으며, 중대형 전지팩에 사용되는 단위전지들은 높은 밀집도로 충적됨으로써 사공간(dead space)의 크기를 줄일 수 있는 각형 전지 또는 파우치형 전지가 사용되고 있다.
이러한 단위전지들의 기계적 체결과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위전지들을 장착할 수 있는 전지 카트리지가 사용되고 있다. 즉, 단위전지들이 장착된 다수의 전지 카트리지들을 적층하여 전지팩을 구성하고 있다.
다수의 전지 카트리지를 적층하여 형성된 중대형 전지팩은 각각의 전지 카트리지를 적층하는 방식이나 연결하는 방식이 다양하게 존재하고, 이러한 방식에 여러가지 구조물이 필요하며 또한 많은 작업공수가 필요하게 된다.
그러나, 전지팩은 방전 중 열을 발생하게 되며, 이와 같은 열은 전지팩의 수명을 단축시키고, 전지팩의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 보다 효율적을 전지팩을 열을 배출할 수 있는 장치가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 셀에서 방출되는 열을 효과적으로 배출하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 복수의 히트 플레이트를 채용하고 크기를 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 카트리지 내부에 복수의 냉각유로를 형성하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리는 전기 에너지를 발생시키는 복수의 셀; 상기 복수의 셀들 사이에 배치되어 열을 흡수하고, 단부에 냉각유로가 형성된 히트 플레이트; 및 상기 복수의 셀과 상기 히트 플레이트가 수용되고 내부에 상기 냉각유로가 형성된 카트리지를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 히트 플레이트가 냉각유로를 형성하므로 냉각효율이 증가하는 장점이 있다.
둘째, 카트리지 내부에 냉각유로가 형성되어 각각효율이 증가되는 장점이 있다.
셋째, 복수의 셀을 냉각시키면서도 크기가 감소되는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 일부 분해도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 플레이트의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1히트 플레이트 및 제 2히트 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지의 연결방식을 다양한 실시예로표현한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트 플레이트를 다양한 실시예로 표현한 것이다.
도 8은 도 1의 A-A'단면을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 셀 모듈 어셈블리(1)를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 일부 분해도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리(1)의 일부 분해도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)는 전기 에너지를 발생시키는 셀(3); 셀과 접촉하여 흡수한 열을 횡방향으로 분산시켜 배출하고, 단부에 냉각유로(180)가 형성된 히트 플레이트(100-1, 100-2); 및 셀(3)과 히트 플레이트(100-1, 100-2)이 수용되고 내부에 냉각유로(180)가 형성된 카트리지(30)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)은, 전기 에너지를 발생시키는 복수의 셀(3); 복수의 셀(3)들 사이에 배치되어 열을 흡수하고, 단부에 냉각유로(180)가 형성된 히트 플레이트(100-1, 100-2); 및 복수의 셀(3)과 히트 플레이트(100-1, 100-2)가 수용되고 내부에 냉각유로(180)가 형성된 카트리지(30)를 포함한다.
셀(3)은 전류를 생성하는 것으로서, 리튬 이온(Li-ion) 전지로 이루어질 수 있다. 셀(3)은 카트리지(30)에 복수개가 수평하게 구비될 수 있다. 셀(3)은 후술할 제 1셀(3-1), 제 2셀(3-2), 제 3셀(3-3) 및 제 4셀(3-4)을 포함할 수 있다. 복수의 셀(3)은 서로 연결되어 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 셀(3)은 상하 방향 및/또는 좌우 방향으로 적층될 수 있다.
카트리지(30)는 복수의 셀(3)을 감싼다. 카트리지(30)는 복수로 배치되어 상하방향으로 적층될 수 있다. 카트리지(30)는 내부에 히트 플레이트(100-1, 100-2)이 배치된다. 히트 플레이트(100-1, 100-2)은 냉각유로(180)와 접한다. 냉각유로(180)는 외부에서 유입된 공기가 유동하는 통로이다. 냉각유로(180)를 유동하는 공기는 셀(3)에서 전달된 열을 흡수한다. 개구부는 후술할 측면 개구부와 중앙 개구부 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 개구부는 공기가 유동하는 입구 및/또는 출구를 형성한다.
히트 플레이트(100-1, 100-2)은 후술할 평판부(101-1, 101-2)를 포함한다. 편판부(101-1, 102-2)는 평평하게 형성되어 열을 횡방향으로 분산시킨다. 평판부(101-1, 101-2)의 상하방향에 셀(3)이 배치되면, 평판부(101-1, 101-2)는 상하 방향의 열을 흡수한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)는 상측에 배치되는 어퍼 커버(11)와 하측에 배치되는 로워 커버(13)과 전방에 배치되는 프론트 커버(15)와 후방에 배치되는 리어 커버(17)와 측면에 배치되는 사이드 커버(19)를 포함한다. 방열판(20)은 열 전달을 막는다.
히트 플레이트(100-1, 100-2)은 복수로 배치되고, 냉각유로(180)는, 히트 플레이트(100-1, 100-2)들 사이에 형성된 중앙 유로(160)를 포함하고, 카트리지(30)는, 중앙 유로(160)와 연통하는 중앙 개구부(31)가 형성된다.
히트 플레이트(100-1, 100-2)는 복수로 배치되고, 냉각유로(180)는 히트 플레이트(100-1, 100-2)들 사이에 형성된 중앙유로(160)를 포함하고, 카트리지(30)는 중앙유로(160)와 연통하는 중앙 개구부(31)가 형성된다.
냉각유로(180)는 연결부(105)와 카트리지(30)에 의해 구획되는 외곽 유로(170)를 포함하고, 카트리지(30)를 구속하는 커버(11, 13, 15, 17, 19)를 더 포함하며, 카트리지(30)는 외곽 유로(170)와 연통하는 측면 개구부(33)가 형성되고, 커버(11, 13, 15, 17, 19)는 측면 개구부(33)와 연통하는 측면 연통홀(19a)이 형성된다.
중앙 유로(160)는 히트 플레이트(100-1, 100-2)들 사이에 형성된다. 중앙 유로(160)는 복수의 셀(3)들 사이에 형성된다. 중앙 개구부(31)의 측방향에는 측면 개구부(33)가 형성된다. 중앙 개구부(31)와 측면 개구부(33)는 카트리지(30)에 형성된다. 중앙 개구부(31)는 중앙 유로(160)와 연통한다. 중앙 개구부(31)는 후술할 중앙 연통홀(15a)과 연통하다. 측면 개구부(33)는 후술할 측면 연통홀(19a)과 연통한다. 측면 개구부(33)는 외곽 유로(170)와 연통한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)는 복수의 셀(3)을 전기적으로 연결시키고 카트리지(30)의 전방에 배치된 프론트 버스바 플레이트(41); 복수의 상기 셀(3)을 전기적으로 연결시키고 카트리지(30)의 후방에 배치된 리어 버스바 플레이트(42); 및 프론트 버스바 플레이트(41)의 전방에 배치된 프론트 커버(15); 및 리어 버스바 플레이트(42)의 후방에 배치된 리어 커버(17)를 더 포함하고, 프론트 버스바 플레이트(41), 리어 버스바 플레이트(42), 프론트 커버(15) 및 리어 커버(17)에는 중앙유로(160)와 연통하는 중앙 연통홀(15a)이 형성된다.
카트리지(30)를 구속하는 커버(11, 13, 15, 17, 19)를 더 포함하고, 커버(11, 13, 15, 17, 19)는 중앙 유로(160)와 연통하는 중앙 연통홀(15a)이 형성된다.
중앙 연통홀(15a)로 유입된 공기는 프론트 커버(15)와 어퍼 커버(11) 사이 에 형성된 배기구(180) 사이로 배출될 수 있다. 중앙 연통홀(15a)로 유입된 공기는 프론트 커버(15)와 로워 커버(13) 사이 에 형성된 배기구(180) 사이로 배출될 수 있다. 중앙유로(160)에서 배출되는 공기는 리어 커버(17)과 어퍼 커버(11)사이에 형성된 배기구(180) 사이로 배출될 수 있다. 중앙유로(160)에서 배출되는 공기는 리어 커버(17)과 로워 커버(13)사이에 형성된 배기구(180) 사이로 배출될 수 있다.
버스바 플레이트는 프론트 버스바 플레이트(41)와 리어 버스바 플레이트(42)를 포함한다. 버스바 플레이트는 복수의 셀(3)들을 전기적으로 연결한다. 버스바 플레이트는 복수의 카트리지(30)에 배치된 셀(3)들을 전기적으로 연결한다. 프론트 버스바 플레이트(41)의 전방에는 프론트 커버가 배치된다. 리어 버스바 플레이트(42)의 후방에는 리어 커버가 배치된다. 프론트 버스바 플레이트(41)의 내측에는 카트리지(30)가 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 냉각유로(180)는, 히트 플레이트(100-1, 100-2)과 카트리지(30)가 마주하는 면에 형성된 외곽 유로(170)를 포함하고, 카트리지(30)는 외곽 유로(170)와 연통하는 측면 개구부(33)가 형성된다.
외곽 유로(170)는 카트리지(30) 내측의 좌우 단부에 각각 형성된다. 외곽 유로(170)는 복수로 형성된다. 외곽 유로(170)는 카트리지(30) 내부에 형성된다. 외곽 유로(170)는 제 1외곽 유로(170-1)과 제 2외곽 유로(170-2)를 포함한다. 제 1외곽 유로(170-1)는 제 1외곽 연결부(105b-1)와 카트리지(30) 사이에 형성된다. 제 2외곽 유로(170-2)는 제 2외곽 연결부(105b-2)와 카트리지(30) 사이에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)는 복수의 카트리지(30)의 측면에 배치되는 사이드 커버(19)를 더 포함하고, 사이드 커버(19)는 측면 개구부(33)와 연통하는 측면 연통홀(19a)이 형성된다. 측면 개구부(33) 및/또는 측면 연통홀(19a)은 선택적으로 형성된다. 예를 들어, 기온이 낮은 지역에서는 과도한 냉각을 억제하기 위해 측면 개구부(33) 및/또는 측면 연통홀(19a)은 폐쇄될 수 있다.측면 연통홀(19a)은 사이드 커버(19)에 형성된다. 사이드 커버(19)의 전후 단부는 리어 커버 및 프론트 커버와 체결된다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 플레이트(100-1, 100-2)의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1히트 플레이트(100-1) 및 제 2히트 플레이트(100-2)을 나타낸 사시도이다.
도 4내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 셀(3)은, 제 1셀(3-1); 및 제 1셀(3-1)과 평행하게 배치된 제 2셀(3-2)을 포함하고, 히트 플레이트(100-1, 100-2)은, 제 1셀(3-1)의 열을 흡수하는 제 1히트 플레이트(100-1); 및 제 2셀(3-2)의 열을 흡수하고 제 1히트 플레이트(100-1)과 평행하게 배치된 제 2히트 플레이트(100-2)을 포함하고, 냉각유로(180)는, 제 1히트 플레이트(100-1)과 제 2히트 플레이트(100-2) 사이에 형성된 중앙 유로(160)를 포함한다.
복수의 셀(3)은, 제 1셀; 및 제 1셀과 평행하게 배치된 제 2셀을 포함하고, 히트 플레이트(100-1, 100-2)는, 제 1셀의 열을 흡수하는 제 1히트 플레이트(100-1); 및 제 2셀의 열을 흡수하고 제 1히트 플레이트(100-1)와 평행하게 배치된 제 2히트 플레이트(100-2)를 포함하고, 냉각유로(180)는, 제 1히트 플레이트(100-1)와 제 2히트 플레이트(100-2) 사이에 형성된다.
제 1셀(3-1)의 측방향에는 제 2셀(3-2)이 배치된다. 제 1셀(3-1)의 상측 또는 하측에는 제 3셀(3-3)이 배치된다. 제 3셀(3-3)의 측방향에는 제 4셀(3-4)이 배치된다. 제 1셀(3-1)과 제 3셀(3-3)은 서로 대각방향에 배치된다. 제 1셀(3-1), 제 2셀(3-2), 제 3셀(3-3) 및 제 4셀(3-4)은 하나의 카트리지(30)에 배치된다. 제 1셀(3-1), 제 2셀(3-2), 제 3셀(3-3) 및 제 4셀(3-4)은 중앙 유로(160)를 공유한다. 제 1히트 플레이트(100-1) 및 제 2히트 플레이트(100-2)은 중앙 유로(160)를 공유한다. 제 1히트 플레이트(100-1)과 제 2히트 플레이트(100-2) 사이에는 중앙 유로(160)가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 히트 플레이트(100-1, 100-2)은 셀(3)과 접촉하여 셀(3)의 열을 흡수하고, 평평하게 형성된 평판부(101-1, 101-2)와 냉각유로(180)를 유동하는 공기의 유동 방향으로 연장 형성된 냉각핀(110); 및 평판부(101-1, 101-2)의 열을 냉각핀(110)로 전달하고, 냉각핀(110)가 복수로 배치되는 연결부(105)를 포함한다.
히트 플레이트(100-1, 100-2)는, 복수의 셀(3)들 중 적어도 두개와 접하여 열을 흡수하는 평판부(101-1, 101-2); 냉각유로(180)를 유동하는 공기의 유동방향으로 연장 형성된 냉각핀(110); 및 평판부(101-1, 101-2)의 열을 냉각핀(110)으로 전달하고, 냉각핀(110)이 복수로 배치되는 연결부(105)를 포함한다.
평판부(101-1, 101-2)는 평평하게 형성되어 제 1셀(3-1) 및 제 3셀(3-3) 사이에 배치된다. 평판부(101-1, 101-2)는 평평하게 형성되어 제 2셀(3-2) 및 제 4셀(3-4) 사이에 배치된다. 냉각핀(110)는 냉각유로(180)를 유동하는 공기와 접촉한다. 냉각핀(110)는 열교환 면적이 넓어지도록 형성된다. 냉각핀(110)는 공기의 유동을 방해하지 않도록 공기의 유동방향을 향해 연장 형성된다. 연결부(105)는 냉각핀(110)와 평판부(101-1, 101-2) 사이에 배치된다. 연결부(105)는 상하 방향으로 형성되고 냉각핀(110)는 좌우 방향으로 형성된다. 하나의 연결부(105)에 복수의 냉각핀(110)가 배치된다. 평판부(101-1, 101-2)에 전달된 열은 연결부(105)로 전해지고, 연결부(105)로 전달된 열을 복수의 냉각핀(110)로 전해진다.
연결부(105)는, 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성된 제 1연결부(105a-1, 105b-1); 및 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성되고, 제 1연결부(105a-1, 105b-1)와 마주하는 제 2연결부(105)를 포함하고, 냉각유로(180)는, 제 1(연결부(105)와 제 2연결부(105) 사이에 형성된다.
제 1연결부(105a-1, 105b-1)는 제 1중앙 연결부(105a-1)와 제 1외곽 연결부(105b-1)를 포함한다. 제 2연결부(105a-2, 105b-2)는 제 2중앙 연결부(105a-2)와 제 2외곽 연결부(105b-2)를 포함한다.
연결부(105)는 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성된 제 1중앙 연결부(105a-1); 및 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성되고, 제 1중앙 연결부(105a-1)와 마주하는 제 2중앙 연결부(105a-2)를 포함한다. 중앙 유로(160)는, 제 1중앙 연결부(105a-1)와 제 2중앙 연결부(105a-2) 사이에 형성된다.
제 1중앙 연결부(105a-1)는 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성된다. 제 1중앙 연결부(105a-1)는 제 2중앙 연결부(105a-2)와 마주하게 배치된다. 제 2중앙 연결부(105a-2)는 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성된다. 냉각핀(110)는, 제 1중앙 연결부(105a-1)에 형성된 제 1중앙 냉각핀(110a-1); 및 제 2중앙 연결부(105a-2)에 형성된 제 2중앙 냉각핀(110a-2)를 포함하고, 제 1중앙 냉각핀(110a-1) 및 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는, 중앙 유로(160)를 유동하는 공기의 유동방향으로 연장 형성된다.
제 1중앙 냉각핀(110a-1)는 제 1중앙 연결부(105a-1)에 형성된다. 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는 제 2중앙 연결부(105a-2)에 형성된다. 제 1중앙 냉각핀(110a-1) 및 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는 중앙 유로(160)를 구획한다. 제 1중앙 냉각핀(110a-1) 및 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는 서로 결합된다. 제 1중앙 냉각핀(110a-1) 및 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는 탈거 가능하게 서로 연결된다.
냉각핀(110)은, 제 1연결부(105a-1, 105b-1)에 형성된 제 1냉각핀(110); 및 제 2연결부(105)에 형성된 제 2냉각핀(110)을 포함하고, 제 1냉각핀(110) 및 제 2냉각핀(110)은, 중앙유로(160)를 유동하는 공기의 유동방향으로 연장 형성되고, 제 1냉각핀(110)과 제 2냉각핀(110)은, 탈거 가능하게 서로 연결된다.
제 1중앙 냉각핀(110a-1)와 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는, 중앙 유로(160)를 유동하는 공기가 누설되지 않도록 공기 유동방향의 측방향이 밀폐된다. 제 1중앙 냉각핀(110a-1)와 제 2중앙 블레이는 서로 접할 수 있다. 중앙 유로(160)가 전후 방향으로 형성된 경우, 중앙 유로(160)의 측방향 및 상하방향은 밀폐된다.
제 1중앙 냉각핀(110a-1)와 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는, 서로 맞단는 부분이 휘어져 절곡부(130)이 형성된다. 제 1중앙 냉각핀(110a-1)와 제 2중앙 냉각핀(110a-2)는 억지끼움되어 서로 연결된다. 연결부(105)는, 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성되고, 제 1중앙 연결부(105a-1)가 형성된 부분의 맞은 편 단부에 형성된 제 1외곽 연결부(105b-1)를 더 포함하고, 냉각핀(110)는, 제 1외곽 연결부(105b-1)에 형성된 냉각핀제 1외곽 냉각핀(110b-1)를 더 포함하고, 제 1외곽 연결부(105b-1) 및 냉각핀제 1외곽 냉각핀(110b-1)는, 중앙 유로(160)와 평행하게 형성된 제 1외곽 유로를 형성한다.
냉각유로(180)는, 제 1히트 플레이트(100-1)의 단부에 형성된 제 1외곽 유로(171)와 제 2히트 플레이트(100-2)의 단부에 형성되고 제 1외곽 유로(171)와 평행한 제 2외곽 유로(172)와 제 1히트 플레이트(100-1)와 제 2히트 플레이트(100-2) 사이에 형성되고, 제 1외곽 유로(171)와 제 2외곽 유로(172) 사이에 형성된 중앙유로(160)를 포함하고, 연결부(105)는, 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성되고, 중앙 유로(160)를 구획하는 제 1중앙 연결부(105); 제 1히트 플레이트(100-1)에 형성되고, 제 1외곽 유로(171)를 구획하는 제 1외곽 연결부(105); 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성되고, 중앙 유로(160)를 구획하는 제 2중앙 연결부(105); 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성되고, 제 2외곽 유로(172)를 구획하는 제 2외곽 연결부(105)를 포함한다.
연결부(105)는, 제 2히트 플레이트(100-2)에 형성되고, 제 2중앙 연결부(105a-2)가 형성된 부분의 맞은편 단부에 형성된 제 2외곽 연결부(105b-2)를 더 포함하고, 냉각핀(110)는, 제 2외곽 연결부(105b-2)에 형성된 냉각핀제 2외곽 냉각핀(110b-2)를 더 포함하고, 제 2외곽 연결부(105b-2) 및 냉각핀제 2외곽 냉각핀(110b-2)는, 중앙 유로(160)와 평행하게 형성된 제 2외곽 유로를 형성하며, 제 1외곽 유로와 제 2외곽 유로는 서로 평행하게 형성된다.
제 1히트 플레이트(100-1)이 좌측에 배치되고, 제 2히트 플레이트(100-2)이 우측에 배치된 경우, 좌측부터 냉각핀제 1외곽 냉각핀(110b-1), 제 1외곽 연결부(105b-1), 제 1평판부(101-1), 제 1중앙 연결부(105a-1), 제 1중앙 냉각핀(110a-1), 제 2중앙 냉각핀(110a-2), 제 2중앙 연결부(105a-2), 제 2평판부(101-2), 제 2외곽 연결부(105b-2), 냉각핀제 2외곽 냉각핀(110b-2)가 배치된다. 제 1중앙 연결부(105a-1)와 제 2중앙 연결부(105a-2) 사이에는 중앙 유로(160)가 형성된다.
셀(3)은, 제 1셀(3-1)과 평행하게 배치된 제 3셀(3-3)을 더 포함하고, 제 3셀(3-3)은, 제 1평판부(101-1)를 기준으로 제 1셀(3-1)과 대칭으로 배치된다. 셀(3)은, 제 2셀(3-2)과 평행하게 배치된 제 4셀(3-4)을 더 포함하고, 제 4셀(3-4)은, 제 2평판부(101-2)를 기준으로 제 2셀(3-2)과 대칭으로 배치되며, 제 1셀(3-1), 제 2셀(3-2), 제 3셀(3-3) 및 제 4셀(3-4)은, 하나의 카트리지(30)에 의해 고정된다.
복수의 셀(3)들 중 적어도 어느 하나 셀(3)이 연결부(105) 방향으로 유동하는 것을 방지하고 평판부(101-1, 101-2)와 연결부(105) 사이에 배치되며, 복수의 셀(3)들 중 적어도 어느 하나와 접하여 열을 흡수하는 걸림턱(130)을 더 포함한다.
셀(3)이 연결부(105) 방향으로 유동하는 것을 방지하고 평판부(101-1, 101-2)와 연결부(105) 사이에 배치된 걸림턱(103)을 더 포함한다. 걸림턱(103)의 두께(h)는 셀(3)의 두께(d)보다 얇게 형성된다. 셀(3)의 열이 걸림턱(103)으로 전달되도록 셀(3)과 걸림턱(103)이 접하는 부분에 써멀패드(150)가 배치된다. 써멀패드(150)은 접착력이 있는 써멀 테이프일 수 있다.
써멀 테이프는 셀(3)의 유동을 방지하고, 셀(3)의 열을 걸림턱(103)으로 더욱 빨리 전도시킨다. 걸림턱(103), 평판부(101-1, 101-2) 냉각핀(110) 및 연결부(105)는, 일체로 형성된다. 히트 플레이트(100-1, 100-2)는 압출방식에 의해 형성될 수 있다. 셀(3)은, 외측을 덮는 셀(3)커버의 단부를 접어 실링한 셀 패킹부(3a)가 형성되고, 걸림턱(103)은, 셀 패킹부(3a)보다 낮은 위치까지 연장 형성된다. 걸림턱(103)이 셀 패킹부(3a)보다 높게 형성되면 셀 패킹부(3a)를 간섭하게 되어 셀(3)의 누액이 발생할 수 있고, 쇼트가 발생할 수 있다. 또한 걸림턱(103)은 셀(3)에서 발생된 열을 평판부(101-1, 101-2) 및 연결부(105)로 전달한다.
걸림턱(103)은 연결부(105)와 평판부(101-1, 101-2) 사이에 형성된다. 걸림턱(103)은 평판부(101-1, 101-2)로 전달된 열을 연결부(105)로 전달한다. 걸림턱(103)은 셀(3)의 유동을 방지한다. 셀(3)의 전후이동은 카트리지(30) 및 버스바 플레이트에 의해 억제되며, 셀(3)의 좌우 방향유동은 걸림턱(103)에 의해 억제된다.
평판부(101-1, 101-2)는 평평하게 형성되어 열을 횡방향으로 분산시킨다. 평판부(101-1, 101-2)의 상하방향에 셀(3)이 배치되면, 평판부(101-1, 101-2)는 상하 방향의 열을 흡수한다. 평판부(101-1, 101-2)가 흡수한 열은 평판부(101-1, 101-2)의 측단에 배치된 연결부(105)로 이동한다. 연결부(105)는 냉각유로(180)과 접한다. 연결부(105)는 냉각핀(110)이 배치될 수 있다. 냉각핀(110)는 열교환 면적을 증가시킨다. 냉각핀(110)는 셀(3)의 횡방향에 배치될 수 있으며, 실시예에 따라 종방향에 배치되는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지(30)의 연결방식을 다양한 실시예로 표현한 것이다.
도 6(a)를 참조하면, 카트리지(30a-1, 30a-2)는 복수로 구비되고, 복수의 카트리지(30a-1, 30a-2)는 상하방향으로 적층될 수 있다. 카트리지(30a-1, 30a-2)는 서로 연결 가능하게 형성된다. 예로, 카트리지(30a-1)의 하단에는 홈이 형성되고, 다른 카트리지(30a-2)의 상단에는 돌기가 형성되어 서로 고정되는 구조일 수 있다. 중앙유로(160a-1, 160a-2)는 서로 평행하고 형성되고, 상하방향으로 구획되어 형성될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 다른 실시예로, 카트리지(30b-1, 30b-2)는 복수로 구비되고, 전후 방향으로 서로 연결되며 카트리지(30b-1, 30b-2)에 각각 형성된 중앙유로(160b-1, 160b-2)들은 서로 연통한다. 카트리지(30b-1, 30b-2) 내에 각각 형성된 외곽 유로(170b-1, 170b-2)들은 전후 방향으로 배치되고, 서로 연통한다.
도 6(c)를 참조하면, 다른 실시예로, 카트리지(30c-1, 30c-2)는 복수로 구비되고 횡방향으로 서로 연결되며 카트리지(30c-1, 30c-2)에 각각 형성된 상기 중앙유로(160c-1, 160c-2)들은 서로 평행을 이룬다. 복수의 카트리지(30c-1, 30c-2)는 좌우 방향으로 서로 연결된다. 외곽 유로(170c)는 서로 마주보고 배치된다. 외곽 유로(170c)는 서로 연통한다. 복수의 카트리지(30c-1, 30c-2)는 중앙유로(160c-1, 160c-2)와 외곽 유로(170c)가 서로 번갈아가며 형성되도록 배열된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트 플레이트(100-1, 100-2)을 다양한 실시예로 표현한 것이다. 평판부(101-1, 101-2)는 적어도 두 방향으로 냉각핀(110)가 연장 형성된다. 복수의 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)는 서로 만나 중앙유로(160)를 형성한다. 외곽 냉각핀(110b-1, 110b-2)는 카트리지(30)의 단부와 만나 외곽 유로(170)를 형성한다.
도 7(a)를 참조하면, 평판부(101-1, 101-2)의 양단에는 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)가 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 평판부(101-1, 101-2)의 양단에는 중앙유로(160)가 형성된다. 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)와 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)는 서로 탈거 가능하게 연결된다. 또한, 전술한 바와 같이 평판부(101-1, 101-2)의 일단에는 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)가 형성되고, 평판부(101-1, 101-2)의 타단에는 외곽 냉각핀(110b-1, 110b-2)가 형성될 수도 있다. 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)는 서로 탈거 가능하게 연결될 수 있다. 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)는 일부가 절곡되어 서로 탈거 가능하게 연결될 수 있다. 이 경우, 이론적으로 히트 플레이트(100-1, 100-2)은 횡방향으로 무한대로 연결될 수 있다.
도 7(b)를 참조하면, 평판부(101-1, 101-2)의 양단에는 외곽 냉각핀(110b-1, 110b-2)가 형성될 수 있다. 이 경우, 평판부(101-1, 101-2)의 양단에는 외곽 유로(170)가 형성된다.
도 3을 참조하면, 냉각핀(110)는 내측 냉각핀(113)와 외측 냉각핀(115)를 포함한다. 외측 냉각핀(115)는 최상단 또는 최하단에 배치될 수 있다. 외곽 냉각핀(110b-1, 110b-2)와 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)의 길이는 서로 동일할 수도 있다. 바람직하게는 냉각핀의 표면적을 최대화 하여 공기와 열교환하는 면적을 증가시킬 수 있다. 내측 냉각핀(113)는 외측 냉각핀(115)들 사이에 배치된다. 내측 냉각핀(113)와 외측 냉각핀(115)의 길이는 서로 다를 수 있다.
외곽 냉각핀(110b-1, 110b-2)의 경우, 내측 냉각핀(113)는 외측 냉각핀(115) 보다 수평 길이가 더 길다. 이와 같은 형상으로 상하 방향으로 공기가 유동할 수 있다. 또한, 상측에 다른 셀(3) 또는 다른 히트 플레이트(100-1, 100-2))이 배치될 경우 서로 닿지 않게 되므로 절연 능력이 향상된다.
중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)의 경우, 내측 냉각핀(113)는 외측 냉각핀(115) 보다 수평 길이가 더 짧을 수 있다. 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)의 경우 중앙유로(160)를 형성하므로, 열 교환 면적을 최대화 할 수 있다. 또한 절곡부(130)가 형성되어 외측 냉각핀(115)(123, 121)를 서로 연결할 수 있다. 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2)의 경우, 외측 냉각핀 (121, 123)는 서로 모양이 다를 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 1히트 플레이트(100-1)과 제 2히트 플레이트(100-2)는 서로 대칭을 이룬다. 제 1히트 플레이트(100-1)과 제 2히트 플레이트(100-2)은 형상이 동일하다. 제 1히트 플레이트(100-1)과 제 2히트 플레이트(100-2)의 중앙 냉각핀(110a-1, 110a-2) 들은 서로 탈거 가능하게 연결된다.
도 8은 도 1의 A-A'단면을 나타낸 단면도이다. 도 8을 참조하면, 카트리지(30)는 복수로 적층될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)는 카트리지(30)의 일측에 배치되는 프론트 커버(15); 카트리지(30)의 타측에 배치되는 리어 커버(17); 카트리지(30)의 상측에 배치되는 어퍼 커버(11); 및 카트리지(30)의 하측에 배치되는 로워 커버(13)를 더 포함하고, 프론트 커버(15) 및 리어 커버(17)는 중앙유로(160)와 연통하는 중앙 연통홀(15a)이 각각 형성되고, 어퍼 커버(11) 및 로워 커버((13)와 연결되어 카트리지(30)를 구속한다.히트 플레이트(100-1, 100-2)과 카트리지(30)는 각각 별개로 형성되어 서로 결합될 수 있다. 또한, 히트 플레이트(100-1, 100-2)는 압출 또는 다이캐스팅을 통해 형성될 수 있다. 카트리지(30)는 몰드에 히트 플레이트(100-1, 100-2)를 우선 배치한 후 카트리지(30) 성형할 수도 있다.
카트리지(30)는 복수로 구비되고, 복수의 카트리지(30)들는 상하방향으로 적층되고, 횡방향으로 서로 연결되며, 냉각유로(180)들은 서로 평행하게 형성되고, 서로 형합하는 홈(미도시)과 돌기(미도시)가 각각 형성된다.
카트리지(30)의 상하 방향으로 셀(3)을 복수로 배치할 수 있다. 복수의 셀(3)은 버스바 플레이트(41, 42)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 복수의 카트리지들(30)들은 서로 연결 가능하다. 복수의 카트리지(30)들은 홈과 돌기(미도시) 또는 볼팅으로 서로 연결된다. 프론트 커버(15), 리어 커버(17), 어퍼 커버(11) 및 로워 커버(13)는 복수의 카트리지(30)들을 감싸 고정한다. 카트리지(30)는 복수로 구비되고, 냉각유로(180)를 유동하는공기의 유동방향으로 서로 연결되며 카트리지(30)에 각각 형성된 냉각유로(180)들은 서로 연통한다.
본 발명에 의한 셀 모듈 어셈블리(1)의 효과를 설명하면 다음과 같다.
히트 플레이트(100-1, 100-2)이 횡방향으로 열을 분산하는 구조이므로, 셀 모듈 어셈블리(1)의 높이를 감소시킬 수 있다. 이러한 구조는 셀 모듈 어셈블리(1)의 소형화를 가능하게 하므로 차량의 내부공간을 증가시킬 수 있게된다. 또한, 복수의 셀(3)을 소수의 냉각유로(180)로 냉각이 가능하다. 따라서, 이와 같은 구조는 중앙유로(160)의 크기를 증가시킬 수 있어 공기의 유동이 원활해 지는 장점이 있다. 또한, 냉각핀(110)로 인해 열교환 면적이 넓어지므로 냉각 효율이 증가한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1: 셀 모듈 어셈블리 3: 셀
3-1: 제 1셀 3-2: 제 2셀
3-3: 제 3셀 3-4: 제 4셀
3a: 셀 패킹부 11: 어퍼 커버
13: 로워 커버 15: 프론트 커버
17: 리어 커버 15a: 중앙 연통홀
19: 사이드 커버 19a: 측면 연통홀
20: 방열판 30: 카트리지
31: 중앙 개구부 33: 측면 개구부
41: 프론트 버스바 플레이트 42: 리어 버스바 플레이트
100-1: 제 1히트 플레이트 100-2: 제 2히트 플레이트
101-1: 제 1평판부 101-2: 제 2평판부
103: 걸림턱 105: 연결부
105a-1: 제 1중앙 연결부 105a-2: 제 2중앙 연결부
105b-1: 제 1외곽 연결부 105b-2: 제 2외곽 연결부
110: 냉각핀 110a-1: 제 1중앙 냉각핀
110a-2: 제 2중앙 냉각핀 110b-1: 제 1외곽 냉각핀
122b-2: 제 2외곽 냉각핀 130: 절곡부
150: 써멀패드 180: 냉각유로
160: 중앙 유로 170: 외곽 유로
171: 제1외곽 유로 172: 제2외곽 유로
180: 배기구

Claims (15)

  1. 전기 에너지를 발생시키는 복수의 셀;
    상기 복수의 셀들 사이에 배치되어 열을 흡수하고, 단부에 냉각유로가 형성된 히트 플레이트; 및
    상기 복수의 셀과 상기 히트 플레이트가 수용되고 내부에 상기 냉각유로가 형성된 카트리지를 포함하는 셀 모듈 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은,
    제 1셀; 및
    상기 제 1셀과 평행하게 배치된 제 2셀을 포함하고,
    상기 히트 플레이트는,
    상기 제 1셀의 열을 흡수하는 제 1히트 플레이트; 및
    상기 제 2셀의 열을 흡수하고 상기 제 1히트 플레이트와 평행하게 배치된 제 2히트 플레이트를 포함하고,
    상기 냉각유로 는,
    상기 제 1히트 플레이트와 상기 제 2히트 플레이트 사이에 형성된 셀 모듈 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 플레이트는,
    상기 복수의 셀들 중 적어도 두개와 접하여 열을 흡수하는 평판부;
    상기 냉각유로를 유동하는 공기의 유동방향으로 연장 형성된 냉각핀; 및상기 평판부의 열을 상기 냉각핀으로 전달하고, 상기 냉각핀이 복수로 배치되는 연결부를 포함하는 셀 모듈 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 제 1히트 플레이트에 형성된 제 1연결부; 및
    상기 제 2히트 플레이트에 형성되고, 상기 제 1연결부와 마주하는 제 2연결부를 포함하고,
    상기 냉각유로는,
    상기 제 1(연결부와 상기 제 2연결부 사이에 형성되는 셀 모듈 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각핀은,
    상기 제 1연결부에 형성된 제 1냉각핀; 및
    상기 제 2연결부에 형성된 제 2냉각핀을 포함하고,
    상기 제 1냉각핀 및 상기 제 2냉각핀은,
    상기 중앙유로를 유동하는 공기의 유동방향으로 연장 형성되고,
    상기 제 1냉각핀과 상기 제 2냉각핀은, 탈거 가능하게 서로 연결되는 셀 모듈 어셈블리.
    냉각핀
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각유로는,
    상기 제 1히트 플레이트의 단부에 형성된 제 1외곽 유로와 상기 제 2히트 플레이트의 단부에 형성되고 상기 제 1외곽 유로와 평행한 제 2외곽 유로와 상기 제 1히트 플레이트와 상기 제 2히트 플레이트 사이에 형성되고, 상기 제 1외곽 유로와 상기 제 2외곽 유로 사이에 형성된 중앙유로를 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 제 1히트 플레이트에 형성되고, 상기 중앙 유로를 구획하는 제 1중앙 연결부;
    상기 제 1히트 플레이트에 형성되고, 상기 제 1외곽 유로를 구획하는 제 1외곽 연결부;
    상기 제 2히트 플레이트에 형성되고, 상기 중앙 유로를 구획하는 제 2중앙 연결부;
    상기 제 2히트 플레이트에 형성되고, 상기 제 2외곽 유로를 구획하는 제 2외곽 연결부를 포함하는 셀 모듈 어셈블리.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 중 적어도 어느 하나셀이 상기 연결부 방향으로 유동하는 것을 방지하고 상기 평판부와 상기 연결부 사이에 배치되며, 상기 복수의 셀들 중 적어도 어느 하나와 접하여 열을 흡수하는 걸림턱을 더 포함하는 셀 모듈 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 셀과 상기 걸림턱이 접하는 부분에 써멀패드가 배치된 셀 모듈 어셈블리.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 셀은 외측을 덮는 셀커버의 단부를 접어 실링한 셀 패킹부가 형성되고,
    상기 걸림턱은 상기 셀 패킹부보다 낮은 위치까지 연장형성된 셀 모듈 어셈블리
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 플레이트는 복수로 배치되고,
    상기 냉각유로는 상기 히트 플레이트들 사이에 형성된 중앙유로를 포함하고,
    상기 카트리지는 상기 중앙유로와 연통하는 중앙 개구부가 형성된 셀 모듈 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 카트리지를 구속하는 커버를 더 포함하고,
    상기 커버는 상기 중앙 유로와 연통하는 중앙 연통홀이 형성된 셀 모듈 어셈블리.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각유로는 상기 연결부와 상기 카트리지에 의해 구획되는 외곽 유로를 포함하고,
    상기 카트리지를 구속하는 커버를 더 포함하며,
    상기 카트리지는 상기 외곽 유로와 연통하는 측면 개구부가 형성되고,
    상기 커버는 상기 측면 개구부와 연통하는 측면 연통홀이 형성된 셀 모듈 어셈블리.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 카트리지는 복수로 구비되고,
    상기 복수의 카트리지들는 상하방향으로 적층되고, 횡방향으로 서로 연결되며, 상기 냉각유로들은 서로 평행하게 형성되고, 서로 형합하는 홈과 돌기가 각각 형성된 셀 모듈 어셈블리.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 카트리지는 복수로 구비되고, 상기 냉각유로(180)를 유동하는 공기의 유동방향으로 서로 연결되며 상기 카트리지에 각각 형성된 상기 냉각유로들은 서로 연통하는 셀 모듈 어셈블리.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1히트 플레이트와 상기 제 2히트 플레이트는 동일한 형상인 셀 모듈 어셈블리.
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