KR20190030835A

KR20190030835A - 배터리 냉각장치 및 이를 구비한 전기차

Info

Publication number: KR20190030835A
Application number: KR1020170118339A
Authority: KR
Inventors: 유진호; 김정식
Original assignee: 엠에이치기술개발 주식회사
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-25

Abstract

본 발명은 배터리 셀의 냉각구조에 관한 것으로, 배터리 셀 내부에 위치한 전지부를 탄성 성질의 금속으로 제작된 방열부재를 접촉시킴으로써, 전지부가 충전과 방전 중에 팽창 및 축소되더라도 전지부와 방열부재가 접촉을 유지함으로써 전지부에 발생되는 열을 효과적으로 방열부재가 흡수하여 방출한다.

Description

배터리 냉각장치 및 이를 구비한 전기차{Apparatus for cooling of battery and electric vehicle having the same}

본 발명은 배터리 냉각장치 및 이를 구비한 전기차에 관한 것으로서, 배터리 장치의 전지부에서 발생되는 열을 효과적으로 흡수 방출하여 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 배터리 냉각장치 및 이를 구비한 전기차에 관한 것이다.

배터리 셀은 배터리 내에서 양극판과 음극판으로 조합된 1조로, 하나의 격실로 된 케이스 내에서 전해액 속에 담가 다른 셀과 분리되어 있다. 이러한 배터리 셀로 구성된 배터리는 발생하는 열을 어떻게 냉각시키는지가 산업의 주요한 이슈가 되어 왔다.

이와 같은 발열은 특히 충전 중에 가장 많이 발생하게 된다. 따라서 배터리는 적절하게 냉각을 시켜주지 않으면 배터리의 성능이 감소하고, 그 수명이 단축되며, 이에 따라 폭발의 가능성이 존재하여 안전에도 심각한 문제가 발생한다.

배터리는 다양한 산업분야에서 사용되고 있는 기본 부품이기 때문에 배터리에 대한 발열은 상당히 중요한 이슈이고, 이에 따라 배터리 발열을 관리하는 것은 꾸준히 연구가 진행되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0043566호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 셀에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각을 실시하는데 그 목적이 있다.

또한, 배터리 셀을 다수 연결하여 배터리 팩을 제조함에 있어서, 배터리 셀 간의 용이한 결합과 배터리 팩의 냉각을 효과적으로 실시하는 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 전지부에 접촉하여 열을 흡수해 방출하는 방열부재의 구조를 전지부와의 접촉면적을 확장시킨 구조로 제공하여 전지부에서 발생되는 열의 방출 효과를 향상시키도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀 냉각구조는 소정의 면적에 다수의 전지부의 상부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 상부케이스; 상기 상부케이스와 동일한 면적에 상기 전지부의 하부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 하부케이스; 탄성의 재질을 기반으로 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스 사이에 위치하여 상기 방열부재결합부와 각각 결합함으로써 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스에 안착된 상기 전지부의 열을 흡수하여 방출하는 적어도 하나 이상의 방열부재;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 방열부재는 상기 전지부의 충전 및 방전 시 발열에 따른 상기 전지부의 직경의 팽창 및 축소에 맞춰 전후좌우로 이동함으로써, 상기 전지부와 접촉을 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재가 2개 이상으로 구성될 시 상기 방열부재 끝단에 방열부재지지면이 형성되어 있고, 2개 이상의 상기 방열부재가 서로 상기 방열부재지지면이 맞닿은 상태에서 팽창 및 축소됨으로써, 상기 방열부재가 서로 지지되어 이동하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 방열부재에는 상기 전지부와 접촉하여 상기 전지부의 열을 흡수하는 전지접촉면; 상기 전지접촉면에서 흡수한 열이 전도되는 열전도면; 및 상기 열전도면에서 상부 또는 하부 방향으로 연장된 냉각돌출부재가 더 형성되어 있고, 상기 냉각돌출부재는 냉각수가 흐르는 쿨링플레이트와 연결되어 상기 전지접촉면에서 흡수한 상기 전지부의 열은 상기 열전도면 및 상기 냉각돌출부재를 거쳐 상기 쿨링플레이트로 이동하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 방열부재는 2개로 구성될 시 단면이 Ω자형으로 형성되어 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재는 다수의 상기 전지부 사이를 이격시켜 공기통로를 형성하고, 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스에는 일측에 적어도 하나 이상의 슬릿이 형성되어 있으며, 공기가 상기 슬릿을 통해 상기 공기통로로 유입되어 순환하면서 상기 전지부의 열을 흡수하고 배출하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀은 내부에 전해액이 담겨 양극과 음극으로 조합된 다수의 전지부; 및 다수의 상기 전지부 사이에 상기 전지부와 탄성으로 접촉을 유지하는 형태로 구비되어 상기 전지부에서 발생하는 열을 흡수하여 방출하는 방열부재;를 포함하고, 상기 방열부재는 일측에 형성된 적어도 하나 이상의 냉각돌출부재가 형성되어 있고, 상기 냉각돌출부재를 통해 흡수한 열을 방출하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉각돌출부재는 쿨링플레이트와 연결되어 있고, 상기 방열부재에서 흡수한 상기 전지부의 열은 상기 쿨링플레이트로 이동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재는 2개로 구성될 시 단면이 Ω자형으로 형성되어 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 방열부재는 다수의 상기 전지부 사이를 이격시켜 공기통로를 형성하고, 공기가 상기 슬릿을 통해 상기 공기통로로 유입되어 순환하면서 상기 전지부의 열을 흡수하고 배출하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀의 냉각시스템은 내부에 전해액이 담겨 양극판과 음극판으로 조합된 다수의 전지부; 일측에 형성된 적어도 하나 이상의 냉각돌출부재가 형성되어 있고, 다수의 상기 전지부 사이에 상기 전지부와 탄성으로 접촉을 유지하는 형태로 구비되어 상기 전지부에서 발생하는 열을 흡수하여 방출하는 방열부재; 상기 냉각돌출부재와 연결되어 상기 방열부재에서 흡수한 열을 냉각시키는 쿨링플레이트;를 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 다수의 전지부로 구성되어 배터리 셀이 횡으로 다수 조립되어 있는 배터리 유닛; 상기 배터리 유닛의 상부 및 하부에서 조립되어 상기 전지부와 맞닿음으로써, 전기적으로 연결되는 PCB;를 포함하고, 상기 배터리 셀은, 소정의 면적에 다수의 전지부의 상부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 상부케이스; 상기 상부케이스와 동일한 면적에 상기 전지부의 하부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 하부케이스; 탄성의 재질을 기반으로 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스 사이에 위치하여 상기 방열부재결합부와 각각 결합함으로써 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스에 안착된 상기 전지부의 열을 흡수하여 방출하는 적어도 하나 이상의 방열부재;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 PCB에는 상기 전지부의 상부 및 하부가 조립되어 맞닿는 위치에 탄성의 볼록영역이 형성되어 있고, 상기 볼록영역은 상기 PCB가 상기 배터리 유닛과 조립될 시 상기 전지부의 상부 및 하부에 밀착하여 상기 PCB 및 상기 배터리 유닛을 전기적으로 긴밀하게 연결시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 PCB는 상기 배터리 유닛의 상부 및 하부에서 다수의 조립나사로 조립되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 배터리 유닛은 상기 PCB에 다수의 열로 조립되어 전력 용량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉각돌출부재는 상단 및 하단으로 돌출되어 있고, 상기 냉각돌출부재에는 쿨링플레이트가 연결되어 상기 전지부에서 발생하는 열이 상기 쿨링플레이트로 이동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PCB에는 상기 냉각돌출부재와 수직인 위치에 방열부재 관통홈이 형성되어 있고, 상기 PCB가 상기 배터리 유닛에 조립될 시 상기 방열부재 관통홈으로 상기 냉각돌출부재가 관통되어 상기 PCB 및 상기 배터리 유닛의 조립을 지지하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 배터리 셀은 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스의 양측으로 각각 후크 및 지지대가 형성된 걸림홈이 형성되어 있고, 상기 후크는 상기 걸림홈에 완전히 인입된 후 상기 지지대 서로 걸림으로써, 서로 다른 상기 배터리 셀이 조립되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스에는 꼭짓점의 위치에 다수의 케이스돌출부가 형성되어 있고, 상기 PCB에는 상기 케이스돌출부와 수직인 위치에 케이스 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 PCB가 상기 배터리 유닛에 조립될 시 상기 케이스 관통홈으로 상기 케이스돌출부가 관통되어 상기 PCB 및 상기 배터리 유닛의 조립을 지지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 배터리 냉각장치는,

다수의 전지부가 배열 설치되는 배터리 장치에 쿨링플레이트를 설치하여 상기 전지부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 배터리 냉각장치에 있어서,

상기 전지부에 접촉되어 열을 흡수하고, 흡수된 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하는 방열부재를 포함하되,

상기 방열부재는,

탄성 재질로 이루어지고, 상기 전지부의 길이방향 둘레면에 180도 이상의 원호형으로 밀착 접촉되어 전지부의 열을 흡수하는 전지 접촉면과;

상기 전지접촉면의 일측면 단부에서 절곡 연장되어 상기 전지접촉면에서 흡수한 열이 전도되는 열전도면; 및

상기 열전도면에서 연장형성되어 상기 열전도면의 열을 쿨링플레이트로 전달하는 냉각돌출부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재는,

상기 전지접촉면의 타측면 단부에서 원호형과 반대방향으로 절곡되는 방열부재 지지면이 더 형성되어, 이웃하는 전지부의 방열부재와 방열부재지지면끼리 탄력적으로 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재는,

상기 전지부의 둘레면에 접촉되는 전지접촉면 2개가 한쌍을 이루고,

상기 한 쌍의 전지접촉면의 각 일측면 단부가 절곡 연장되어 하나의 열전도면으로 일체화된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 전지접촉면은,

이웃하게 배치되는 2개의 전지부 사이의 안쪽에서 외측으로 향하는 원호형으로 형성되거나 또는 외측에서 안쪽으로 향하는 원호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 한다.

상기 냉각돌출부재는,

상기 열전도면의 상하단에서 연장되어 돌출형성되고, 전지부의 상하면에 설치되는 PCB를 관통해서 PCB의 외측에 설치되는 쿨링플레이트에 결합되어, 전지부의 열을 쿨링플레이트로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배터리 냉각장치는,

소정의 면적에 다수의 전지부의 상부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 상부케이스;

상기 상부케이스와 동일한 면적에 상기 전지부의 하부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 하부케이스; 를 더 포함하고,

상기 방열부재는,

탄성의 재질을 기반으로 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스 사이에 위치하여 상기 방열부재결합부와 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배터리 냉각장치는,

상기 상부케이스와 하부케이스 및 방열부재를 포함하여 하나의 배터리셀이 구성되고,

복수의 배터리셀이 배열설치되어 상하면에 전지부의 음극부 및 양극부에 전기적으로 접촉되어 전원입출력을 위한 PCB가 설치되며,

상기 상하면 PCB의 외측에 각각 상하면 쿨링플레이트가 설치되고,

상기 배터리셀에 포함되는 방열부재들의 냉각돌출부재들이 상기 PCB를 관통하여 쿨링플레이트에 결합되어 전지부의 열을 쿨링플레이트로 방출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열부재의 전지접촉면은,

상기 열전도면에 대해 직각인 상기 전지부 단면의 중심을 지나는 가상 중심선의 0도 ~ 180도에 대해 각각 양측면 단부가 원호형으로 더 연장형성되어 각각 원호형의 반대방향으로 절곡되어 상기 열전도면과 상기 방열부재지지면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전지접촉면의 일측면 단부와 타측면 단부는,

상기 전지부 단면의 가상 중심선에 대해서 0도 ~ 225도 및 335도 ~ 0도까지 전지부의 둘레면에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 방열부재는,

열전도가 가능하고 탄성력을 부여할 수 있는 재질로 이루어지고, 상기 전지부의 둘레에 원호형으로 면접촉이 이루어져 전지부의 열을 흡수하는 반원호형 전지접촉부와, 상기 전지접촉부의 일측면 단부에서 절곡연장 형성되어 상기 전지접촉면에서 흡수한 열이 전도되는 열전도면과, 상기 열전도면에서 상하부로 연장 돌출형성되어 전도된 열을 쿨링플레이트로 방출하는 냉각돌출부재를 포함하는 제1방열부재와;

상기 제1방열부재의 전지접촉면에 대응하여 전지부의 반대측 둘레에 면접촉이 이루어져 전지부의 열을 흡수하는 반원호형 전지접촉부와, 제2방열부재의 반원호형 전지접촉부의 일측면 단부에서 절곡되어 소정간격으로 돌출 연장형성되는 복수의 열전도편을 포함하는 제2방열부재; 를 포함하되,

상기 제1방열부재의 전지접촉면과 열전도면 사이의 절곡면에 상기 제2방열부재의 열전도편에 대응된 슬릿이 형성되고, 그 슬릿을 통해 상기 제2방열부재의 열전도편이 삽입되어 제1방열부재의 열전도면에 접촉되어 제2방열부재의 열을 전도시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1, 제2방열부재는,

상기 제1,제2방열부재의 각 전지접촉면의 타측면 단부에서 원호형과 반대방향으로 절곡되는 방열부재지지면이 서로 소정간격 이격되게 형성되어, 이웃하는 전지부의 제1,제2방열부재와 방열부재지지면끼리 각각 탄력적으로 접촉되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 셀의 냉각구조는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 냉각이 효율적이다. 본 발명에서는 배터리 셀 내부에 탄성의 성질을 갖는 방열부재가 구비되어 있다. 이러한 방열부재는 배터리 셀 내부에 전해액이 담긴 각각의 전지부와 접촉한 상태에서 전지부가 충전과 방전 시 팽창 및 축소함에 따라 방열부재 또한 탄성의 성질을 이용하여 축소되거나 팽창하는 등 적절히 장력을 유지함으로써, 전지부와 접촉하는 면적을 유지한다. 따라서 배터리가 충전 및 방전 시에도 동일하게 방열시킴으로써 냉각이 효율적이다.

둘째, 구조가 간단하다. 본 발명에 따른 배터리 셀의 냉각구조는 나사 및 스크류에 의한 체결이 존재하지 않고, 4가지의 부품으로 구성된다. 즉, 4개의 전지부를 2개의 방열부재가 접촉을 유지하고 있고, 방열부재의 상하로 케이스가 각각 결합하여 배터리 셀을 구성한다. 이에 따라, 배터리 셀을 4가지의 부품이 결합하는 간단한 구조로 구성되어 결과적으로 공정이 간단해지고, 공정비용이 감소하는 효과가 있다.

셋째, 열을 관리하기 위해 다양한 방법이 적용될 수 있다. 본 발명에서는 방열부재에서 전지부와 접촉함으로써 열의 전도를 통해 흡수한 열을 냉각채널과 접촉함으로써 방출할 수 있다. 또한, 방열부재 사이에는 공간이 비어있고, 케이스 일측에는 슬릿이 형성되어 외부 공기가 배터리 셀 내부로 인입되거나 방출될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 배터리 셀에서 발생하는 열을 전도를 통해 냉각채널로 방출하는 수랭식과, 공기의 순환에 의해 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 공랭식을 동시에 사용할 수 있기 때문에 배터리 셀에서 발생하는 열을 관리하는데 탁월한 효과가 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조의 사시도이다.
도2는 도1에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 저면사시도이다.
도3은 도1에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 분해사시도이다.
도4는 도3에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 정면분해도.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조에서 상부케이스를 제거하여 전지부의 팽창에 따라 방열부재의 전지접촉면이 축소됨으로써 전지부와 접촉을 유지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조에서 전도된 열이 방출되는 것을 나타낸 측면도이다.
도7은 도6에 도시된 배터리 셀의 냉각구조를 다른 방향에서 나타낸 측면도이다.
도8은 도5에 도시된 배터리 셀의 냉각구조에서 전지부의 축소에 따라 방열부재가 탄성에 의해 다시 팽창함으로써 전지부와 접촉을 유지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조에서 공랭식으로 배터리 셀 내부에 방생된 열을 방출하는 것을 개략적으로 나타내기 위한 평면도이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 연결하여 배터리 팩을 조립하는 것을 나타낸 사시도이다.
도11은 도10에 도시된 배터리 팩의 저면사시도이다.
도12는 도10에 도시된 배터리 팩에서 상부케이스 및 하부케이스에 형성된 후크 및 지지대가 서로 걸려 있는 것을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도13은 도10에 도시된 배터리 팩의 분해사시도이다.
도14는 본 발명에 따른 배터리 셀로 구성된 배터리 팩에서 PCB에 볼록영역이 형성되어 전지부와 밀착하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도15는 본 발명에 따른 배터리 셀로 구성된 배터리 팩의 다른 실시예로써, 횡으로 배터리 셀이 추가된 것을 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열부재의 구조를 설명하기 위한 요부 단면도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 의한 방열부재 구조 설명도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열부재 구조를 설명하기 위한 요부 단면도이다.
도 19는 도 18의 방열부재 구조를 설명하기 위한 개략 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

<배터리 셀>

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조의 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 저면사시도이며, 도3은 도1에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 분해사시도이고, 도4는 도3에 도시된 배터리 셀의 냉각구조의 정면분해도이다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)의 냉각구조는 배터리 셀(1)에 전지부(100), 케이스 및 방열부재(400)를 포함한다.

전지부(100)는 내부에 전해액이 담겨 있고, 양극판과 음극판이 조합되어 있다. 이러한 전지부(100)는 기본적으로 4개가 1개조로 하여 4개, 8개, 12개 등 4의 배수로 촘촘히 구성되어 사용될 수 있다.

케이스는 탄성이 있고, 전지부(100)의 발열에 형태가 변형되지 않는 금속성의 물질 또는 플라스틱 합성물질로써, 전지부(100)의 상부 및 하부에 위치하여 안착시킴으로써 전지부(100)를 고정시키기 위해 마련된다. 이러한 케이스는 전지부(100) 상부에 위치한 케이스를 상부케이스(200)라 칭하고, 전지부(100) 하부에 위치한 케이스를 하부케이스(300)라 칭한다.

여기서, 전지부(100)의 상부 및 하부는 양극이 형성된 부분일 수도 있고, 응극이 형성된 부분일 수도 있다. 따라서 전지부(100)의 상부가 양극이면, 전지부(100)의 하부는 전지부(100)의 상부와 반대인 음극이고, 전지부(100)의 상부가 음극이면, 전지부(100)의 하부는 전지부(100)의 상부와 반대인 양극이 된다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 전지부(100)의 상부를 양극으로 지칭하고, 전지부(100)의 하부를 음극으로 지칭한다.

상부케이스(200)는 전지안착부(210), 방열부재결합부(220) 및 슬릿(230)이 형성되어 있다.

전지안착부(210)는 상부케이스(200)에서 4개의 전지부(100)가 각각 안착될 수 있도록 통공이 형성되어 있는 부분이다.

방열부재결합부(220)는 상부케이스(200)의 양측으로 한 쌍이 지면을 향해 소정길이 연장되어 마련되어 있다. 이러한 방열부재결합부(220)는 내측 방향으로 걸림고리(221)가 돌출되어 형성되어 방열부재(400)에 걸림으로써 상부케이스(200) 및 방열부재(400)를 결합시킬 수 있다.

슬릿(230)은 상부케이스(200)에서 방열부재결합부(220)가 형성된 위치에 소정길이로 한 쌍이 형성된 것으로, 배터리 셀(1) 내부의 공기가 외부로 방출될 수 있도록 통로를 제공한다. 이러한 슬릿(230)은 실시하기에 따라 개수가 증가될 수 있다.

여기서 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)는 전지부(100)에 위치하는 위치에 따라 그 명칭의 차이가 있을 뿐, 동일한 형상으로 형성된다. 따라서 하부케이스(300)의 구성인 전지안착부(310), 방열부재결합부(320) 및 걸림고리(321) 또한 상부케이스(200)의 구성과 동일하며 그 기능이 동일하다.

다만, 하부케이스(300)에서 슬릿(330)은 상부케이스(200)의 슬릿(230)과 그 역할이 다르다. 즉, 상부케이스(200)에서는 배터리 셀(1) 내부의 공기가 방출될 수 있도록 통로를 제공하는 것이지만, 하부케이스(300)에서의 슬릿(330)은 방열부재(400)의 냉각돌출부재(422)가 하부케이스(300)를 통과하여 냉각채널과 접촉될 수 있도록 통로를 제공하는 것이다.

방열부재(400)는 동이나 알루미늄과 같이 탄성이 있는 재질의 금속으로써, 단면이 대략 Ω 형상으로 제작된다. 이러한 방열부재(400)는 배터리 셀(1) 내부에 2개가 위치하여 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)와 결합하고, 1개의 방열부재(400)는 2개의 전지부(100)에서 발생한 열을 각각 흡수하며, 흡수된 열을 연결된 냉각채널 및 공기통로(500)를 통해 방출한다. 방열부재(400)에는 전지접촉면(410), 열전도면(420), 방열부재지지면(430)이 형성되어 있다.

전지접촉면(410)은 방열부재(400)에서 전지부(100)와 접촉하는 면으로, 전지부(100) 단면의 약 180도의 둘레와 전지부(100)의 높이의 겉넓이로 접촉하고 있다. 이러한 전지접촉면(410)은 각각 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)의 꼭짓점 향한 대각선방향으로 팽창하도록 탄성복원력이 가해지므로, 전지부(100)의 직경이 팽창할 시 전후좌우로 이동되면서 팽창되거나 축소될 수 있다.

열전도면(420)은 전지접촉면(410)에서 흡수한 열을 냉각채널로 이동시키는 평평한 면으로써, 케이스결합슬릿(421) 및 냉각돌출부재(422)가 형성되어 있다.

케이스결합슬릿(421)은 열전도면(420)의 상단 및 하단에 각각 형성된 것이다. 이 때 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)를 가압할 시 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에 형성된 걸림고리(221, 321)가 각각 걸림으로써, 방열부재(400)는 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)와 결합될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 다른 실시예로 방열부재(400)가 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 방열부재(400)의 평평한 면에 양측으로 돌기가 형성되어 있고, 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에는 걸림부가 형성되어 돌기와 걸림부가 서로 걸림으로써 방열부재(400)가 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)와 결합되는 것이다. 따라서 본 발명에서는 방열부재(400)가 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)와 결합하여 서로 고정될 수 있다면 다양한 구조로 실시될 수 있다.

냉각돌출부재(422)는 열전도면(420) 하단에서 하부케이스(300)를 통과하여 연장되어 있는 것으로, 냉각채널과 접촉한다. 따라서 열전도면(420)으로 흡수된 열은 냉각채널과 접촉한 냉각돌출부재(422)로 방출하게 됨으로써 최종적으로 전지부(100)의 열이 방출된다.

방열부재지지면(430)은 배터리 셀(1) 내부에 2개로 구비된 방열부재(400)가 서로 지지될 수 있도록 접촉된다. 이러한 방열부재지지면(430)은 전지부(100)의 충전 및 방전 시 전지부(100)가 팽창 및 축소됨에 따라 배터리 셀(1) 내부에서 좌우로 슬라이딩된다.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명에 따른 배터리 셀(1)의 냉각구조가 배터리 셀(1)에서 발생된 열을 방출하는 것을 설명하기로 한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)의 냉각구조에서 상부케이스를 제거하여 전지부의 팽창에 따라 방열부재의 전지접촉면이 축소됨으로써 전지부와 접촉을 유지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)은 전지부(100)를 충전하거나 배터리 셀(1)이 방전되는 상황 등에서 발열이 발생하게 된다.

이 때 전지부(100)가 발열하면서 전지부(100)의 직경은 미세하게 증가하게 된다. 이에 따라, 배터리 셀(1) 내부에서 전지부(100) 사이에 위치하여 전지부(100)와 접촉하고 있는 전지접촉면(410)은 힘을 받게 되고, 탄성의 성질 때문에 전지부(100)와 접촉을 유지한 상태에서 각각 배터리 셀(1) 내부 중심으로 모아지도록 열전도면(420)은 고정된 상태에서 전지접촉면(410)이 우측 방향인 화살표방향 F로 다소 이동되어 팽창된다.

이 때 전지부(100)는 항상 동일하게 원형으로 팽창하지 않을 수도 있다. 즉, 발열 시 전지부(100)에서는 가로 직경은 a만큼, 세로 직경은 b만큼 서로 다른 길이로 팽창될 수 있다. 따라서 각각의 전지접촉면(410)은 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)의 꼭짓점을 향해 탄성복원력이 가해지므로, 가로로 a만큼, 세로로 b만큼 이동하여 축소된다. 이에 따라, 방열부재(400)의 전지접촉면(410)은 전후좌우로 이동되어 팽창하거나 축소될 수 있다.

또한, 열전도면(420)이 고정되어 있고, 각각의 방열부재(400)의 방열부재지지면(430)이 서로 마주보고 있는 전지접촉면(410)과 맞닿아 슬라이딩됨으로써 서로 지지하고, 배터리 셀(1) 내부에서 열전도면(420)과 함께 방열부재(400)의 구조를 유지한다.

도5에서는 이렇게 전지접촉면(410)이 이동된 상태에서 전지부(100)의 팽창에 따라 전지접촉면(410)에 장력이 가해지므로 텐션이 최대한으로 증가된 상태이다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조에서 전도된 열이 방출되는 것을 나타낸 측면도이고, 도7은 도6에 도시된 배터리 셀의 냉각구조를 다른 방향에서 나타낸 측면도이다.

도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 전지접촉면(410)에서 전도로 인해 전지부(100)의 열을 흡수한 뒤, 방열부재(400) 전체 면적으로 전도된다. 즉, 방열부재(400)는 금속성의 물질이므로 전지접촉면(410)에서 흡수된 열은 고루 퍼지게 되고, 열전도면(420)까지 이동하게 된다.

열전도면(420)은 세로로 소정의 높이로 형성되어 있고, 그 끝은 하부케이스(300)를 통과하는 냉각돌출부재(422)가 형성되어 있다. 따라서 전도된 열은 화살표방향과 같이 냉각돌출부재(422)까지 퍼지게 되고, 냉각돌출부재(422)는 냉각수가 흐르는 냉각채널과 연결되어 있기 때문에 전지부(100)에서 흡수된 열은 최종적으로 냉각채널로 방출되어 냉각이 실시될 수 있다.

종합하여 보면, 전지부(100)에서 발생된 열은 전지접촉면(410)에서 전도로 인해 흡수되고, 전지접촉면(410)에서 흡수된 열은 열전도면(420)으로 전도되며, 이후 열전도면(420)의 끝단에 형성되어 냉각돌출부재(422)로 전도됨으로써 냉각돌출부재(422)와 연결된 냉각채널에 의해 열이 방출되어 전지부(100)를 냉각시킬 수 있게 된다.

도8은 도5에 도시된 배터리 셀의 냉각구조에서 전지부의 축소에 따라 방열부재가 탄성에 의해 다시 팽창함으로써 전지부와 접촉을 유지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도8에 도시된 바와 같이, 전지부(100)가 냉각되면 전지부(100)의 직경이 축소되면서 본래의 크기로 회귀하게 된다. 이 때 방열부재(400) 또한 탄성복원력에 의해 전지부(100)의 축소에 따라 다시 팽창하게 된다.

즉, 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 전지부(100)와 접촉하고 있는 상태에서 전지부(100)의 직경이 축소하게 되면, 전지부(100)의 팽창방향에 따라 축소된 전지접촉면(410)이 탄성복원력에 의해 힘이 작용하여 화살표방향 F'로 다시 팽창하는 것이다. 따라서 서로 맞닿아 있는 전지접촉면(410)의 방열부재지지면(430)은 화살표방향으로 슬라이딩 된다.

이 때 4개의 전지부(100)는 충전 및 방전 등의 상황에서 발열이 동일하지 않을 시 직경이 동일하게 팽창 및 축소되지 않을 수도 있다. 즉, 도8과 같이 평면상의 배터리 셀(1)에서 4개의 전지부(100) 중 일부는 a만큼 팽창될 수 있고, 나머지 일부는 a보다 큰 b만큼 팽창될 수 있다.

이러한 경우, 좌우로 배치된 전지부(100)가 서로 다른 직경으로 팽창된다면, 방열부재지지면(430)은 전지부(100)가 팽창된 직경만큼 평면상에서 배터리 셀(1) 중심 내부로 서로 다른 거리만큼 슬라이딩 되어 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 축소될 것이다.

따라서 본 발명에 따른 배터리 셀(1)에서는 전지부(100)가 서로 다른 직경으로 팽창하더라도 전지접촉면(410)에서 각 전지부(100)와 접촉하고 있는 면이 탄성의 성질을 바탕으로 전지부(100)의 팽창에 따라 상이하게 평면상의 배터리 셀(1) 내부 중심으로 축소될 수 있기 때문에 전지부(100)와 전지접촉면(410)이 지속적으로 접촉을 유지할 수 있게 된다.

또한, 상하로 배치된 전지부(100)가 서로 다른 직경으로 팽창되는 경우에는 방열부재지지면(430)이 배터리 셀(1) 내부 중심방향으로 동일하게 슬라이딩 되지 못할 것이다. 즉, 2개의 방열부재(400)에 형성된 방열부재지지면(430)은 서로 맞닿아 있는 상태에서 상하로 위치한 전지부(100)가 서로 다른 직경으로 팽창하게 된다면, 동일한 거리만큼 함께 슬라이딩 될 수 없을 것이다.

하지만 방열부재지지면(430)은 그 길이는 전지부(100)의 직경이 팽창될 수 있을 만큼 충분히 길게 형성될 수 있기 때문에 상하로 배치된 전지부(100)가 발열 시 서로 다른 직경으로 팽창하더라도, 방열부재지지면(430)에 의해 2개의 전지접촉면(410)이 서로 엇갈린 상태에서 지지될 수 있고, 이에 따라 전지접촉면(410)은 전지부(100)가 발열 시 서로 다른 직경으로 팽창하더라도 지속적으로 전지부(100)와 접촉을 유지할 수 있다.

한편, 하부케이스(300)의 내부 측면(340)이 방열부재지지면(430)과 닿지 않도록 빈 공간이 형성된 이유는, 이처럼 전지부(100)의 발열에 따라 전지부(100)의 직경이 팽창하거나 축소될 때 전지접촉면(410) 또한 팽창되거나 축소되기 때문에 방열부재지지면(430) 또한 슬라이딩 될 공간을 확보함으로써 전지접촉면(410)이 용이하게 팽창하거나 축소될 수 있게 하기 위함이다. 이는 상부케이스(200)의 내부 측면도 동일하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 셀(1)에서는 전지부(100)의 발열에 따라 전지부(100)의 직경이 팽창하거나 축소되더라도 전지부(100)와 접촉하고 있는 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 탄성에 의해 전후좌우로 팽창하거나 축소됨으로써 항상 전지부(100)와 접촉할 수 있도록 하고, 이에 따라 전지부(100)의 열을 흡수하여 전지부(100)의 열을 용이하게 냉각시킬 수 있다.

도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 냉각구조에서 공랭식으로 배터리셀 내부에 방생된 열을 방출하는 것을 개략적으로 나타내기 위한 평면도이다.

*도9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 셀(1)의 냉각구조는 냉각수가 흐르는 냉각채널과 연결되어 열을 방출하는 수랭식뿐만 아니라 공기의 이동에 의해 공랭식으로 열을 방출하는 것 또한 가능하다.

즉, 배터리 셀(1) 내부에는 2개의 전지접촉면(410)이 방열부재지지면(430)으로 서로 맞닿아 있고, 이렇게 맞닿아 있는 지점을 제외한 부분은 공간이 비어 공기통로(500)가 형성된다.

따라서 상부케이스(200)에 형성된 슬릿(230)으로부터 외부의 공기가 배터리 셀(1) 내부 공기통로(500)로 유입될 수 있고, 유입된 공기는 배터리 셀(1) 내부를 이동하면서 발열 중인 전지부(100) 및 전지부(100)의 열을 흡수한 방열부재(400)와 접촉하게 되면서 전지부(100)와 방열부재(400)의 열을 일부 흡수하게 된다.

이렇게 열을 흡수한 공기는 대기 중에서 상승하려는 성질이 있으므로, 배터리 셀(1) 내부에서 열을 흡수한 공기가 상승함에 따라 상대적으로 차가운 공기는 배터리 셀(1) 하단 내부로 유입되기 때문에 자연스럽게 공기의 순환이 발생한다.

이 과정에서 열을 흡수한 공기는 더욱 상승하여 상부케이스(200)의 슬릿(230)을 통해 화살표방향으로 배출되고, 이렇게 비워진 공기통로(500)에는 다시 외부 공기가 유입되어 유입된 공기가 열을 흡수하고, 상승하는 과정을 반복함으로써 열을 방출하게 된다.

따라서 본 발명에서는 전도에 의해 방열부재(400)가 열을 흡수한 후 연결된 냉각채널에 의해 열을 방출하거나 냉각되는 것으로 인해 전지부(100)의 냉각 및 방열을 실시하는 것뿐만 아니라, 배터리 셀(1) 내부로 유입된 공기의 이동에 의해 전지부(100)에서 발생된 열을 방출하는 2가지의 방식으로 배터리 셀(1)의 냉각구조를 달성할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 2개의 방열부재(400) 구조물이 4개의 전지부(100)와 접촉되어 있는 구조를 설명하였으나, 실시하기에 따라 방열부재(400)는 1개의 구조물로 구성되어 4개의 전지부(100)와 접촉될 수 있다.

예를 들어, 앞서 설명한 2개의 방열부재(400)는 각각의 방열부재지지면(430)의 맞닿은 부분이 일체로 형성되어 1개의 방열부재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 1개로 형성된 방열부재 또한 전지부(100)가 팽창하거나 축소될 때 탄성을 이용하여 팽창하거나 축소됨으로써, 전지부(100)와 접촉을 유지할 수 있다.

아울러, 방열부재(400)는 4개의 전지부(100) 각각과 접촉할 수 있도록 4개로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 각각의 방열부재에서 열전도면이 절반으로 분할되어 방열부재지지면이 형성되어 있고, 이렇게 분할되어 배터리 셀(1) 내부에 배치된 4개의 방열부재는 방열부재지지면이 서로 맞닿아 전지부(100)와 접촉됨으로써 냉각구조를 형성하는 것이다. 이에 따라, 4개로 형성된 방열부재 또한 전지부(100)의 팽창과 축소에 따라 탄성을 이용하여 팽창하거나 축소됨으로써, 전지부(100)와 접촉을 유지할 수 있다.

이처럼 본 발명에서는 최초에 방열부재(400) 2개가 배터리 셀(1) 내부에서 전지부(100)와 접촉하여 접촉을 유지함으로써, 4개의 전지부(100)에 발생한 열을 방출하는 것뿐만 아니라, 방열부재 1개로 4개의 전지부(100)와 접촉하여 전지부(100)에 발생한 열을 방출하는 것도 가능하며, 방열부재를 4개로 분할하여 4개의 전지부(100)와 각각 접촉함으로써 전지부(100)에 발생한 열을 방출하는 것도 가능하다.

따라서 본 발명에서는 방열부재(400)의 개수에 관계없이 다양한 형태로 방열부재(400)가 전지부(100)와 접촉하여 전지부(100)에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 것이 가능하다.

<배터리 팩>

도10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 연결하여 배터리 팩을 조립하는 것을 나타낸 사시도이고, 도11은 도10에 도시된 배터리 팩의 저면사시도이다.

도10 내지 도11에 도시된 바와 같이, 배터리 팩은 배터리 셀(600, 700, 800)이 횡과 열로 다수 배치된 상태에서 PCB(900)가 상단 및 하단에 조립됨으로써 구성된다.

먼저 도12를 참고하여 배터리 팩에서 각각의 배터리 셀(600, 700, 800)이 서로 조립되어 있는 상태를 설명하기로 한다.

도12는 도10에 도시된 배터리 팩에서 상부케이스 및 하부케이스에 형성된 후크 및 지지대가 서로 걸려 있는 것을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도12에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 셀(600, 700, 800)은 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에 형성된 후크(610, 810)가 걸림홈(710)에 인입되어 지지대(720)와 걸리게 됨으로써 조립될 수 있다.

예를 들어, 하나의 횡에서 조립된 배터리 셀을 제1배터리 셀(600), 제2배터리 셀(700) 및 제3배터리 셀(800)이라 가정하자. 이 때 제1배터리 셀(600)과 제3배터리 셀(800)에는 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)의 테두리 일측에 후크(610, 810)가 형성되어 있다.

또한, 제2배터리 셀(700)에는 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)의 양측 테두리에 걸림홈(710)이 형성되어 있다. 이러한 걸림홈(710)은 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)의 중심방향으로 후크(610, 810)가 인입될 수 있도록 홈이 형성되어 있고, 걸림홈(710)에 인입된 후크(610, 810)가 이탈하지 않도록 지지대(720)가 형성되어 있다.

따라서 제1배터리 셀(600)과 제3배터리 셀(800)의 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에 형성된 후크(610, 810)는 걸림홈(710)에 인입되면, 탄성에 의해 지지대(720)가 밀렸다가 후크(610, 810)가 완전히 걸림홈(710)에 인입되고 나서는 지지대(720)가 다시 원상복구 되어 후크(610, 810)와 걸리게 된다. 이에 따라, 제2배터리 셀(700)의 양측으로 제1배터리 셀(600)과 제3배터리 셀(800)이 후크(610, 810)와 지지대(720)의 걸림으로 인해 조립하게 된다.

여기서, 본 발명에서는 서로 다른 배터리 셀이 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에 형성된 후크(610, 810)와 걸림홈(710)에 형성된 지지대(720)가 서로 걸림으로써 조립되는 것을 설명하였다. 하지만 본 발명에서는 이러한 후크(610, 810)와 걸림홈(710)에 형성된 지지대(720)가 서로 걸리는 것에 한정하지 않고, 다양한 고정수단이 배터리 셀(600, 700, 800)에 마련되어 서로 다른 배터리 셀(600, 700, 800)이 조립될 수 있음 밝혀둔다.

이후로는 다수의 배터리 셀(600, 700, 800)과 PCB(900)가 조립된 상태를 설명하기로 한다.

도13은 도10에 도시된 배터리 팩의 분해사시도이다.

도13에 도시된 바와 같이, 횡으로 조립된 제1배터리 셀(600), 제2배터리 셀(700) 및 제3배터리 셀(800)은 하나의 배터리 유닛으로 구성되고, 이러한 배터리 유닛은 다수가 열로 배치된 상태에서 도13에 도시된 바와 같이 PCB(900)에 조립나사(2)로 고정되어 최종적으로 배터리 팩으로 조립된다.

즉, 각각의 배터리 셀(600, 700, 800)의 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에는 중앙에 나사결합홈(620, 730, 820)이 형성되어 있고, 또한 PCB(900)에도 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에 형성된 나사결합홈(620, 730, 820)과 동일한 크기의 나사 관통홈(910)이 형성되어 있다. 이에 따라, PCB(900)가 배터리 셀의 상단 및 하단에 접촉된 상태에서 조립나사(2)가 나사 관통홈(910)과 나사결합홈(620, 730, 820)을 관통하여 조여지게 되면, PCB(900)와 배터리 셀(600, 700, 800)이 서로 밀착하면서 결과적으로 전지부와 PCB(900)의 접촉에 의해 PCB(900)와 배터리 셀(600, 700, 800)이 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같이, 배터리 유닛의 열을 증가시켜 PCB(900)에 조립시키면 더욱더 전력 용량이 큰 배터리 팩을 제조할 수 있다.

여기서, PCB(900)에는 배터리 셀과의 더욱 조립을 견고하게 하기 위해 추가적으로 관통홈이 형성되어 있다. 즉, PCB(900)에는 케이스 관통홈(920)이 형성되어 있고, 또한 각각의 배터리 셀(600, 700, 800)의 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)에는 각각 사각형 꼭짓점에 수직으로 케이스돌출부(630, 740, 830)가 형성되어 있다.

이에 따라, PCB(900)가 배터리 셀에 접촉할 시 케이스 관통홈(920)으로 케이스돌출부(630, 740, 830)가 관통된다. 따라서 케이스돌출부(630, 740, 830)가 케이스 관통홈(920)에 구속되어 배터리 셀과 PCB(900)가 더욱 조립을 견고하게 할 수 있고, 배터리 셀에 발열이 발생하여 배터리 셀이 팽창할 때에도 다수의 배터리 셀 간의 위치를 공고하게 유지시켜 줄 수 있다.

한편, 앞서 설명한 배터리 셀(1)에서는 냉각돌출부재(422)가 하단으로 돌출되어 있는 것만 설명하였으나, 실시하기에 따라 하단과 더불어 상단에도 냉각돌출부재(640, 750, 840)가 형성될 수 있다.

즉, 도10 내지 도13에서 보듯이 각각의 배터리 셀(600, 700, 800)에는 상부케이스(200) 및 하부케이스(300)를 통과하고 있는 냉각돌출부재(640, 750, 840)를 확인할 수 있다. 이에 따라, PCB(900)에는 케이스 관통홈(920)과 동일하게 상단에 접촉하는 PCB(900) 및 하단에 접촉하는 PCB(900) 모두에 방열부재 관통홈(930)이 형성되어 있다.

따라서 냉각돌출부재(640, 750, 840)는 PCB(900)가 배터리 셀(600, 700, 800)에 접촉할 시 방열부재 관통홈(930)을 관통하게 되고, 이에 따라 케이스돌출부(630, 740, 830)와 동일하게 배터리 셀(600, 700, 800)과 PCB(900)의 조립을 더욱 견고하게 해주며, 배터리 셀(600, 700, 800)에 발열이 발생하여 배터리 셀(600, 700, 800)이 팽창할 때에도 다수의 배터리 셀(600, 700, 800) 간의 위치를 공고하게 유지시켜 줄 수 있다.

이처럼 배터리 팩이 조립된 후에는 냉각돌출부재(640, 750, 840)가 쿨링플레이트와 연결되어 배터리 팩의 발열을 외부로 방출할 수 있다.

한편, 냉각돌출부재(640, 750, 840)가 상단 및 하단에 모두 형성되어 있는 것은 배터리 팩을 설치함에 있어서 설치의 자유도를 부여할 수 있다.

예를 들어, 배터리 팩이 설치되는 공간이 협소하여 배터리 팩 및 배터리 팩과 전기적으로 연결되는 구성들이 바닥이 아닌 공간 위쪽에 설치되어야 한다면, 공간을 고려하여 배터리 팩의 하단에 돌출된 냉각돌출부재(640, 750, 840)에 쿨링플레이트를 연결하여 배터리 팩을 설치할 수 있다.

또한, 배터리 팩이 바닥에 설치되어야 한다면, 배터리 팩 및 배터리 팩에 전기적으로 연결되는 구성들의 위치를 고려하여 배터리 팩의 상단에 돌출된 냉각돌출부재(640, 750, 840)에 쿨링플레이트를 연결하여 배터리 팩을 설치할 수 있다.

이와 같은 예시가 아니더라도, 본 발명에서는 배터리 팩의 상단 및 하단에 쿨링플레이트가 연결될 수 있기 때문에 배터리 팩이 설치되는 공간에서 기계 및 장치 구성들 간의 위치 조정과 배치를 용이하게 실시할 수 있는 장점이 있다.

한편, 배터리 팩에서는 도14와 같이, PCB(900)와 전지부의 접촉을 더욱 밀착시키기 위해 PCB(900)에 미세한 볼록영역(940)이 형성될 수 있다.

도14는 본 발명에 따른 배터리 셀로 구성된 배터리 팩에서 PCB에 볼록영역이 형성되어 전지부와 밀착하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도14에 도시된 바와 같이, PCB(900)의 면적 중에서 전지부(100)와 일직선상에 있는 면적에 탄성 성질로 볼록한 영역이 형성된다. 이러한 볼록영역(940)은 배터리 셀과 PCB(900)가 조립나사(2)로 조여져 조립될 시 PCB(900)가 하강하여 볼록영역(940)이 전지부(100)를 화살표방향으로 가압하게 되고, 이에 따라 전지부(100)와 PCB(900)가 전기적으로 긴밀하게 접촉될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, PCB(900)가 전지부(100)를 가압하는 것은 PCB(900)와 전지부(100)가 완전히 밀착하게 됨으로써 전지부(100)와 PCB(900)의 마찰력을 증대시키게 되므로, 결과적으로 배터리 셀과 PCB(900)에 조립을 더욱 견고하게 유지시켜줄 수 있는 효과가 있다.

도15는 본 발명에 따른 배터리 셀로 구성된 배터리 팩의 다른 실시예로써, 횡으로 배터리 셀이 추가된 것을 나타낸 사시도이다.

도15에 도시된 바와 같이, 기존의 제1배터리 셀(600), 제2배터리 셀(700) 및 제3배터리 셀(800)로 구성된 유닛은 횡으로 1개의 배터리 셀이 추가되어 4개가 하나의 횡으로 구성되어 있다.

이 때 후크(610) 및 걸림홈(710)은 상부케이스(200) 및 하부케이스(300) 양측으로 각각 하나씩 형성되어 있다. 즉, 상부케이스(200) 및 하부케이스(300) 양측에 한쪽에 후크(610)가 형성되어 있으면, 다른 한쪽은 걸림홈(710)이 형성되어 있다. 반대로 한쪽에 걸림홈(710)이 형성되어 있으면, 다른 한쪽은 후크(610)가 형성되어 있다. 이에 따라, 후크(610)로 다른 배터리 셀의 걸림홈(710)에 서로 걸리게 하면 횡으로 무한정 배터리 셀을 조립시킬 수 있고, 이를 PCB(900)에 열을 맞춰 연결하면 배터리 팩의 크기를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 배터리 셀로 구성된 배터리 팩은 배터리 셀을 서로 조립하기에 따라 이론상으론 배터리 팩의 횡과 열을 무한정 증가시킬 수 있다. 따라서 배터리 팩의 용량이 필요한 기계 및 장치들에 필요한 양의 배터리 팩을 설치할 수 있고, 배터리 셀의 방열도 용이하게 실시할 수 있다.

본 발명에서는 배터리 셀(1)을 구성하는 다수의 전지부(100)와 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 하나하나 개별적으로 방대한 면적에서 접촉하고 있기 때문에 종래와 비교하였을 때 배터리 셀(1) 및 해당 배터리 셀(1)로 구성된 배터리 팩의 열을 방출하는 효율을 극대화시킬 수 있다.

구체적으로, 종래에는 대부분의 배터리 셀 및 배터리 팩에 구성된 전지부를 횡과 열로 위치시키고, 횡과 열로 위치한 전지부의 외부 및 사이로 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트를 삽입함으로써, 열을 흡수하여 방출하고자 하였다.

하지만 이러한 구조는 전지부의 겉넓이 전체 면적의 약 5분의 1 수준밖에 되는 국소 부위에 해당하고, 배터리 팩 중심부에 위치한 전지부는 이보다 더 협소하게 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트와 접촉하게 된다.

이러한 상황에서 발열 시 각각의 전지부는 모두 상이하게 직경이 팽창하게 되고, 이러한 팽창이 지속된다면 종래의 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트와 같은 구조는 탄성의 재질로 형성되지 않았기 때문에 처음 전지부가 팽창된 상태에서 최초 상태로 완전히 복원되지 않을 수도 있다. 이에 따라, 매 발열 시 전지부가 팽창하는 직경이 달라질 수 있기 때문에 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트가 이전에 형성된 형태에서는 일정하지 않게 팽창하게 되어 의도한 만큼 전지부와 접촉하지 않을 수도 있다. 따라서 결국에는 전지부에서 발생되는 열을 의도한 만큼 외부로 방출할 수 없기 때문에 배터리 셀 및 배터리 팩의 수명이 감소할 수밖에 없는 문제가 있다.

반면, 본 발명에 따른 배터리 셀(1)은 전지부(100)를 4개의 단위로 하여 전지부(100) 사이에 방열부재(400)가 위치함으로써, 각각의 전지부(100)와 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 보다 방대한 면적에서 접촉된다.

구체적으로, 본 발명에서는 배터리 셀(1) 내부에 전지부(100) 4개가 하나의 유닛으로 위치하고 있고, 전지부(100) 4개의 사이에는 2개의 방열부재(400)가 구획하여 방열부재(400)의 전지접촉면(410)이 전지부(100)와 접촉한다.

이 때 전지접촉면(410)은 도5, 도8 및 도9에서 보듯이, 평면상에서 전지부(100)의 겉넓이에 약 절반 이상과 접촉하고 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 셀(1) 및 해당 배터리 셀(1)로 구성된 배터리 팩에서는 종래보다 상대적으로 방대한 면적에서 전지접촉면(410)이 전지부(100)의 열을 흡수할 수 있고, 결과적으로 종래보다 더욱 열을 흡수하여 방열시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 셀(1)에서는 방열부재(400)가 탄성의 재질로 제작되어 있기 때문에 발열에 따라 전지부(100)의 직경이 팽창하는 정도가 상이하더라도 지속적으로 전지부(100)와 접촉을 유지함으로써, 전지부(100)의 열을 흡수하여 방출하는 효과가 극대화 될 수 있다.

구체적으로, 전지부(1)는 충전 및 방전에 따라 발열을 하면서 직경이 팽창하게 된다. 이러한 팽창에 의해 전지부(1)와 접촉하고 있는 전지접촉면(410)은 전지부(1)가 팽창하는 직경에 맞춰 축소된다.

이후 전지부(1)의 발열량이 적어 상대적으로 전지부(100)의 직경이 축소될 때에는 방열부재(400)가 탄성의 재질로 제작되어 있기 때문에 전지접촉면(410)이 탄성복원력에 의해 전지부(100)의 직경이 축소되는 만큼 팽창함으로써, 전지접촉면(410)이 전지부(100)와 접촉을 유지하게 된다.

이 때 종래와 같은 냉각구조에서는 전지부의 직경이 최대로 팽창했을 시에 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트가 전지부와 접촉할 수는 있지만, 팽창된 쿨링튜브 또는 쿨링플레이트가 복원되는 특성이 미미하기 때문에 전지부의 직경이 최대로 팽창하지 않았을 시에는 상대적으로 전지부 및 쿨링튜브 또는 쿨링프레이트가 완벽히 접촉되지 않을 가능성이 있다. 이에 따라, 전지부에서 발생된 열이 효과적으로 흡수하여 방출되지 못하므로 배터리 셀 및 배터리 팩의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

반면, 본 발명에 따른 배터리 셀(1) 및 해당 배터리 셀(1)로 구성된 배터리 팩은 전지부(100)의 직경이 최대로 팽창하거나, 최대로 팽창하지 않았을 시에도 지속적으로 전지접촉면(410)이 전지부(100)와 접촉을 유지하기 때문에 효과적으로 전지부(1)에서 발생된 열을 효과적으로 흡수하여 방출할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(1) 및 해당 배터리 셀(1)로 구성된 배터리 팩의 수명이 증가되는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 또다른 실시 예로서, 상기 방열부재(400)의 전지 접촉면(410)이 180도 이상의 원호형으로 전지부(100) 둘레면에 탄성적으로 접촉되는 구조를 제공한다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열부재의 구조를 설명하기 위한 요부 단면도이고, 도 17은 또 다른 실시예에 의한 방열부재 구조 설명도이다. 도면에 도시된 바와같이,

방열부재(400)는, 일실시예에서와 같이 전지 접촉면(410), 열전달면(420), 방열부재 지지면(430) 및 냉각돌출부재(422)를 포함하여 구성되되, 상기 전지접촉면(410)이 전지부(100) 둘레면의 180도 이상 접촉되는 원호형으로 구성된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 전지접촉면(410)을 전지부(100) 둘레면의 225도까지 접촉될 수 있는 구조를 제공한다.

전지부(100)의 둘레에 접촉되는 면적이 넓을수록 열 흡수율이 커지지만, 탄성력을 충분히 부여하지 못하면 전지부(100)의 열팽창과 축소에 대응하지 못하고 이격되는 부분이 발생될 수 있다.

이에 따라 전지접촉면(410)의 타측면에서 원호형의 반대방향으로 절곡시킨 방열부재지지면(430)을 형성한 것이다. 열전도면(420)이 절곡형성된 부분의 전지접촉면(410)을 접촉 시작위치 0도라고 하였을때, 원호형 전지접촉면(410)의 타측면 단부는 180도를 지나 225도 위치까지 면접촉이 이루어지고, 225도 위치에서 반대방향으로 절곡시켜 탄성력이 부여되게 방열부재지지면(430)을 형성한 구조이다.

도 16에서와 같이 225도의 접촉각을 이루도록 원호형 전지접촉면을 형성하고, 방열부재 지지면(430)을 형성하게 되면, 방열부재지지면(430)에 의해 탄력지지되는 위치가 전지접촉면(410)의 원호형 225도 단부에서 이루어지기 때문에 225도 단부에서 원호형 전지접촉면을 밀어주는 힘이 작용되어 전지부(100)의 둘레면에 더욱 잘 밀착될 수 있다.

한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 전지접촉면(410)의 일측면 단부와 타측면 단부에 각각 A, B와 같이 원호형 전지접촉면(410)의 180도 범위를 넘어서 315도 위치와 225도 위치까지 각기 연장시켜 반대방향으로 절곡시켜 열전도면(420) 및 방열부재지지면(430)을 형성한 것을 특징으로 한다. 도 16의 상하부케이스의 형상을 변형하여 모서리부분의 라운드 형태에서 사각형 형태로 변형하여 A부분의 절곡부분을 수용할 수 있다.

이와 같이, 전지접촉면(410)의 양측단부의 원호형상을 더 연장시켜 구성하고, 반대로 절곡시켜 탄력지지하게 하면, 원호형 전지접촉면(410)의 315도 위치와 225도 위치에서 중심선을 향해 밀어주는 힘이 작용되어 탄력적으로 지지할 수 있다. 그러므로 전지부(100)의 팽창 축소와 같은 변형에 대응해서 전지접촉면(410)이 전지부(100) 둘레면에 항상 밀착되게 유지시킬 수 있는 것이다. 결국, 밀착력도 향상시키면서도 접촉면적을 확대시킬 수 있어서 열흡수 효율을 높이는 효과가 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열부재 구조를 설명하기 위한 요부 단면도이고, 도 19는 도 18의 방열부재 구조를 설명하기 위한 개략 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이,

전지부(100)의 일측 둘레면을 감싸고 접촉되는 원호형상의 전지접촉면(410), 전지 접촉면(410)에서 절곡 연장된 전도면(420) 및 타측단부를 절곡시킨 방열부재 지지면(430)이 구비된 제1방열부재(400)와,

상기 방열부재(400)의 전지접촉면(410)에 대응하여 전지부(100)의 반대측 둘레를 감싸고 접촉되는 원호형상의 전지접촉면(441), 상기 전지접촉면(441)의 일측단부에서 절곡되어 소정간격으로 돌출 형성되는 열전도편(442), 상기 전지접촉면(441)의 타측단부에서 절곡 형성되는 방열부재지지면(443)을 포함하는 제2방열부재(440)가 구비되고,

상기 제1방열부재(400)의 전지접촉면(410)에서 열전도면(420)으로 절곡되는 절곡면(411)에 소정간격의 슬릿(412)이 형성되어 상기 제2방열부재(440)의 열전도편(442)이 삽입되어 상기 열전도면(420)으로 제2방열부재의 전지접촉면(441)에서 흡수한 열을 전달하도록 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1방열부재(400)와 제2방열부재(440)의 전지접촉면(410)(441)의 타측단부는 서로 접촉되지 않고 이격된 간격을 가지도록 구성한다. 이는 전지부(100)의 팽창 축소시 간섭되어 전지부(100)와 전지접촉부(410(441)가 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다.

이와 같이 제1방열부재(400)와 제2방열부재(440)를 설치하게되면, 전지부(100)의 양측면에서 둘레면에 전지접촉부(410)(441)가 접촉되게 설치되므로 접촉면적이 넓어져서 전지부(100)의 열흡수를 향상시킨다. 제2방열부재(440)의 전지접촉부(441)가 흡수한 열은 열전도편(442)으로 전도되고, 열전도편(442)과 접촉된 제1방열부재(400)의 열전도면(410)에 전도되고, 열전도면(410)의 열은 냉각방출부재(422)를 통해 쿨링 플레이트로 전달되어 전지부(100)의 열을 방출시킨다.

또한, 상기 제1방열부재(400)는, 2개의 전지접촉면이 하나의 열전도면에 연결된 일체형 구조로 형성되고, 전지접촉면은 원호형의 내측이 서로 등지는 형상 또는 원호형이 서로 마주보는 형상중 어느 하나로도 구성될 수 있다. 즉, 이웃하는 2개의 전지부(100)의 안쪽에 제1방열부재의 전지접촉면이 접촉되고, 전지부의 바깥쪽에 제2방열부재(440)의 전지접촉면이 접촉되게 설치되는 구조이거나, 반대로 이웃하는 2개의 전지부(100)의 외측에 각각 제1방열부재의 전지접촉면이 접촉되고, 내측에 제2방열부재(440)의 전지접촉면이 접촉되게 설치되는 구조로도 구성할 수 있다.

따라서, 도 18 및 도 19와 같이 제1방열부재와 제2방열부재를 함께 설치한 구조에서는 전지부와 방열부재의 전지접촉면이 양측에서 접촉되기 때문에 전지부의 열 흡수 효율이 높아지고, 흡수된 열을 열전도면으로 전달하여 냉각돌출부재를 통해 쿨링플레이트로 열을 방출하게 되므로 전지부의 냉각 효과를 높일 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

<배터리 셀>
1 : 배터리 셀
100 : 전지부
200 : 상부케이스
210 : 전지안착부
220 : 방열부재결합부
221 : 걸림고리
230 : 슬릿
300 : 하부케이스
310 : 전지안착부
320 : 방열부재결합부
321 : 걸림고리
330 : 슬릿
340 : 내부 측면
400 : 방열부재
410 : 전지접촉면
411 : 절곡면
412 : 슬릿
420 : 열전도면
421 : 케이스결합슬릿
422 : 냉각돌출부재
430 : 방열부재지지면
440 : 제2방열부재
441 : 전지 접촉면
442 : 열전도편
443 : 방열부재지지면
500 : 공기통로
<배터리 팩>
600 : 제1배터리 셀
610 : 후크
620 : 나사결합홈
630 : 케이스돌출부
640 : 냉각돌출부재
700 : 제2배터리 셀
710 : 걸림홈
720 : 지지대
730 : 나사결합홈
740 : 케이스돌출부
750 : 냉각돌출부재
800 : 제3배터리 셀
810 : 후크
820 : 나사결합홈
830 : 케이스돌출부
840 : 냉각돌출부재
900 : PCB
910 : 나사 관통홈
920 : 케이스 관통홈
930 : 방열부재 관통홈
940 : 볼록영역
2 : 조립나사

Claims

다수의 전지부가 배열 설치되는 배터리 장치에 쿨링플레이트를 설치하여 상기 전지부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 배터리 냉각장치에 있어서,
상기 전지부에 접촉되어 열을 흡수하고, 흡수된 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하는 방열부재를 포함하되,
상기 방열부재는,
탄성 재질로 이루어지고, 상기 전지부의 길이방향 둘레면에 180도 이상의 원호형으로 밀착 접촉되어 전지부의 열을 흡수하는 전지 접촉면과;
상기 전지접촉면의 일측면 단부에서 절곡 연장되어 상기 전지접촉면에서 흡수한 열이 전도되는 열전도면; 및
상기 열전도면에서 연장형성되어 상기 열전도면의 열을 쿨링플레이트로 전달하는 냉각돌출부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 방열부재는,
상기 전지접촉면의 타측면 단부에서 원호형과 반대방향으로 절곡되는 방열부재 지지면이 더 형성되어, 이웃하는 전지부의 방열부재와 방열부재지지면끼리 탄력적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 방열부재는,
상기 전지부의 둘레면에 접촉되는 전지접촉면 2개가 한쌍을 이루고,
상기 한 쌍의 전지접촉면의 각 일측면 단부가 절곡 연장되어 하나의 열전도면으로 일체화된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제3항에 있어서, 상기 한 쌍의 전지접촉면은,
이웃하게 배치되는 2개의 전지부 사이의 안쪽에서 외측으로 향하는 원호형으로 형성되거나 또는 외측에서 안쪽으로 향하는 원호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각돌출부재는,
상기 열전도면의 상하단에서 연장되어 돌출형성되고, 전지부의 상하면에 설치되는 PCB를 관통해서 PCB의 외측에 설치되는 쿨링플레이트에 결합되어, 전지부의 열을 쿨링플레이트로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 배터리 냉각장치는,
소정의 면적에 다수의 전지부의 상부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 상부케이스;
상기 상부케이스와 동일한 면적에 상기 전지부의 하부가 안착될 수 있는 전지안착부가 형성되어 있고, 일측에 방열부재결합부가 마련된 하부케이스; 를 더 포함하고,
상기 방열부재는,
탄성의 재질을 기반으로 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스 사이에 위치하여 상기 방열부재결합부와 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제6항에 있어서, 상기 배터리 냉각장치는,
상기 상부케이스와 하부케이스 및 방열부재를 포함하여 하나의 배터리셀이 구성되고,
복수의 배터리셀이 배열설치되어 상하면에 전지부의 음극부 및 양극부에 전기적으로 접촉되어 전원입출력을 위한 PCB가 설치되며,
상기 상하면 PCB의 외측에 각각 상하면 쿨링플레이트가 설치되고,
상기 배터리셀에 포함되는 방열부재들의 냉각돌출부재들이 상기 PCB를 관통하여 쿨링플레이트에 결합되어 전지부의 열을 쿨링플레이트로 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
다수의 전지부가 배열 설치되는 배터리 장치에 쿨링 플레이트를 설치하고, 상기 각 전지부에 접촉되어 열을 흡수하는 방열부재를 설치하여 상기 방열부재에 의해 전지부에서 흡수된 열을 쿨링 플레이트로 전달하여 배터리 장치를 냉각시키는 배터리 냉각장치에 있어서,
상기 방열부재는,
탄성 재질로 이루어지고, 상기 전지부의 길이방향 둘레면에 원호형으로 밀착 접촉되어 전지부의 열을 흡수하도는 전지 접촉면과;
상기 전지접촉면의 일측면 단부에서 절곡 연장되어 상기 전지접촉면에서 흡수한 열이 전도되는 열전도면과;
상기 열전도면에서 연장형성되어 상기 열전도면의 열을 쿨링플레이트로 전달하는 냉각돌출부재와;
상기 전지접촉면의 타측면 단부에서 원호형의 반대방향으로 절곡시켜 이웃하는 방열부재와 탄성적으로 접촉되게 하는 방열부재지지면; 을 포함하여 일체형으로 이루어지되,
상기 전지접촉면은,
상기 열전도면에 대해 직각인 상기 전지부 단면의 중심을 지나는 가상 중심선의 0도 ~ 180도에 대해 각각 양측면 단부가 원호형으로 더 연장형성되어 각각 원호형의 반대방향으로 절곡되어 상기 열전도면과 상기 방열부재지지면이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제 8 항에 있어서, 상기 전지접촉면의 일측면 단부와 타측면 단부는,
상기 전지부 단면의 가상 중심선에 대해서 0도 ~ 225도 및 335도 ~ 0도까지 전지부의 둘레면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제8항에 있어서, 상기 방열부재는,
상기 전지부의 둘레면에 접촉되는 전지접촉면 2개가 한쌍을 이루고,
상기 한 쌍의 전지접촉면의 각 일측면 단부가 절곡 연장되어 하나의 열전도면으로 일체화된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
제8항에 있어서, 상기 한 쌍의 전지접촉면은,
이웃하게 배치되는 2개의 전지부 사이의 안쪽에서 외측으로 향하는 원호형으로 형성되거나 또는 외측에서 안쪽으로 향하는 원호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
배터리 냉각장치를 구비한 전기차에 있어서,
상기 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 배터리 냉각장치를 구비한 전기차.