KR20220014040A

KR20220014040A - 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20220014040A
Application number: KR1020200093608A
Authority: KR
Inventors: 최범; 정진미; 금종윤; 최종철
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-02-04

Abstract

본 발명은, 하나 이상의 배터리 셀이 안착될 수 있도록 형성되는 수지 재질의 배터리 팩 케이스, 및 배터리 팩 케이스와 융착되어 있는 히트싱크 하우징을 포함하여 구성되고, 히트싱크 하우징은, 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리와 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 하판, 배터리 팩 케이스의 하면 및 하판의 상면과 접촉하도록 배치되고, 그 하면에 불규칙한 형상의 함몰 부위가 구비되는 금속 재질의 상판, 함몰 부위와 밀착되도록 형성되고, 하판의 상면과 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 융기 부재를 포함하여 구성되고, 배터리 팩 케이스 및 융기 부재는 인서트 사출 성형 공법에 의해 하판과 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체와, 그 제조 방법으로서, 인서트 사출 성형 공법을 사용하여 배터리 팩 케이스와 히트싱크 하우징이 결합되는 부분의 결합 강도를 향상시킬 수 있는 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법이 제시된다.

Description

배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법{HEAT SINK ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF FOR BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결합 강도를 향상시킬 수 있는 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

배터리 셀은 스마트 폰, 노트북, 태블릿 PC 등의 소형 전자기기 분야뿐만 아니라 전기 자동차, 에너지저장시스템(ESS)에 이르기까지 다양한 분야에서 널리 사용된다.

이러한 배터리 셀은 에너지 밀도가 높은 특성으로 인해, 온도가 소정 온도보다 높아지면 폭발 혹은 발화하는 위험이 있고, 전기화학적 특성이 열화되어 수명이 감소하는 문제가 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 온도를 제어하여 안정성을 확보하는 것이 중요한 과제로 언급되고 있다.

배터리 셀의 안정성을 확보하기 위해, 복수개의 배터리 셀을 그룹화하여 전기적으로 연결시킨 대용량의 배터리 팩을 제조할 때, 복수개의 배터리 셀 사이마다 냉각 판을 마련하고, 배터리 팩에 히트싱크를 부착하여 냉각 판과 열적으로 연결시킨다.

이러한 종래의 제조 방식으로 제조되는 배터리 팩은 접착제를 사용하여 패터리 팩과 히트싱크를 부착시키기 때문에, 접착제가 도포된 부분이 충격이나 진동에 의해 분리되기 쉬운 문제점과, 접착제의 도포에 따른 제조 비용의 증가 및 제품 두께의 증가를 방지할 수 없는 문제점, 및 접착제가 도포된 부분에 의해 방열 경로가 복잡해지고 열 전달 효율이 감소하는 문제점 등을 가진다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.

KR

10-1990590

B1

KR

10-2019-0047513

A

본 발명은 인서트 사출 성형 공법을 사용하여 배터리 팩 케이스와 히트싱크 하우징이 결합되는 부분의 결합 강도를 향상시킬 수 있는 히트싱크 조립체 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체는, 하나 이상의 배터리 셀이 안착될 수 있도록 형성되는 수지 재질의 배터리 팩 케이스; 상기 배터리 팩 케이스와 융착되어 있는 히트싱크 하우징;을 포함하여 구성되고, 상기 히트싱크 하우징은, 상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리와 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 하판; 상기 배터리 팩 케이스의 하면 및 상기 하판의 상면과 접촉하도록 배치되고, 그 하면에 불규칙한 형상의 함몰 부위가 구비되는 금속 재질의 상판; 상기 함몰 부위와 밀착되도록 형성되고, 상기 하판의 상면과 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 융기 부재;를 포함하여 구성되고, 상기 배터리 팩 케이스 및 상기 융기 부재는 인서트 사출 성형 공법에 의해 상기 하판과 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 상판의 양측 모서리는 상기 배터리 팩 케이스 및 상기 하판으로 둘러싸여 보호되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 수지 재질은 엔지니어링 플라스틱 재질이고, 상기 금속 재질은 스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하판은, 냉매 유로를 형성하기 위한 적어도 하나의 오목 부분; 및 상기 오목 부분의 양측에 각각 배치되며, 가장자리가 상기 상판의 하면과 접촉되는 복수개의 볼록 부분; 상기 복수개의 볼록 부분 중 최외각의 볼록 부분의 양측 모서리로부터 상방으로 돌출형성되며, 상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리와 융착되어 있는 돌출 부분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 상판은, 상기 오목 부분과 대응하는 영역에, 상기 오목 부분보다 넓은 면적으로 형성되며, 양측 가장자리가 상기 볼록 부분과 접촉되는 적어도 하나의 단차 부위; 상기 단차 부위를 제외한 나머지 영역에 상기 적어도 하나의 단차 부위보다 높은 높이로 형성되며, 상기 함몰 부위가 구비되는 복수개의 몸체 부위;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 상기 히트싱크 조립체 제조 방법은, 금속 재질의 상판을 준비하는 과정; 상기 상판의 하면을 부식처리하여 불규칙한 형상의 함몰 부위를 형성하는 과정; 수지 재질의 하판을 준비하는 과정; 상기 상판과 상기 하판을 조립하여 히트싱크 하우징을 준비하는 과정; 상기 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정; 상기 인서트 사출 금형에 수지 재질의 사출 재료를 주입하여 인서트 사출 성형을 수행하는 과정;을 포함하여 구성되고, 상기 인서트 사출 성형을 수행하는 과정은, 상기 히트싱크 하우징 상에 수지 재질의 배터리 팩 케이스를 형성하고, 상기 함몰 부위 내에 수지 재질의 융기 부재를 형성하며, 상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리 및 상기 융기 부재를 상기 하판의 상면과 융착시키며 일체형으로 결합시키는 것을 특징으로 한다.

상기 상판을 준비하는 과정은, 스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하는 플레이트 마련하는 과정; 상기 플레이트의 일부 영역에 주변보다 낮은 높이로 적어도 하나의 단차 부위를 형성하고, 나머지 영역에 주변보다 높은 높이로 복수의 몸체 부위를 형성하는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 함몰 부위를 형성하는 과정은, 상기 복수의 몸체 부위의 하면에 레이저를 조사하는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 함몰 부위를 형성하는 과정은, 상기 복수의 몸체 부위의 하면을 부식액에 노출시키는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 하판을 준비하는 과정은, 적어도 하나의 오목 부분과, 그 양측의 복수개의 볼록 부분, 및 최외각의 볼록 부분의 양측 모서리의 돌출 부분으로 이루어진 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 사출 금형에 수지 재질의 사출 재료를 주입하여 사출 성형하는 과정; 상기 적어도 하나의 오목 부분과 복수개의 볼록 부분 및 양측 모서리의 돌출 부분으로 이루어진 상기 하판을 상기 사출 금형과 분리시키는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 히트싱크 하우징을 준비하는 과정은, 상기 하판의 상면에 상기 상판의 하면을 안착시키는 과정; 상기 상판의 상기 단차 부위를 상기 하판의 볼록 부분과 접촉시켜 상기 상판 및 상기 하판 사이에 유로를 형성하는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정은, 히트싱크 하우징의 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 인서트 사출 금형의 하부 몸체에 상기 히트싱크 하우징을 안착시키는 과정; 배터리 팩 케이스의 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 인서트 사출 금형의 상부 몸체를 상기 하부 몸체와 결합시키는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 인서트 사출 성형을 수행하는 과정은, 상기 인서트 사출 금형의 상부 몸체 및 상기 하부 몸체 중 적어도 하나에 형성된 주입홀을 통하여 상기 인서트 사출 금형의 상부 몸체의 내부 공간으로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정; 상기 히트싱크 하우징의 상판 및 하판 사이의 틈을 통하여 상기 함몰 부위로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정;을 포함하여 구성되고, 상기 히트싱크 하우징의 상판 및 하판 중 적어도 하나에 형성된 관통홀을 통하여 상기 함몰 부위로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 배터리 팩 케이스와 히트싱크 하우징의 하판이 결합되는 부분을 융착시킴으로써, 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이들을 서로 융착시키는 중에, 히트싱크 하우징의 상판 표면에 불규칙하게 형성된 복수의 함몰 부위와 히트싱크 하우징의 하판 표면 사이의 공간에 융기 부재를 형성하면서, 이 융기 부재를 히트싱크 하우징의 하판 표면에 융착시킴으로써, 결합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 인서트 사출 성형 공법으로 이들을 신속하게 간편하게 융착시켜 결합시킬 수 있다.

따라서, 종래와 같이 접착제를 사용하여 배터리 팩 케이스와 히트싱크 하우징의 하판 및 히트싱크 하우징의 상판을 각각 접착시키지 않아도 되므로, 접착제가 도포된 부분이 충격이나 진동에 의해 분리되는 문제점을 방지할 수 있고, 접착제의 도포에 따른 제조 비용의 증가와 제품 두께의 증가를 방지할 수 있고, 접착제가 도포된 부분에 의해 방열 경로가 복잡해지고 열 전달 효율이 감소하는 문제점을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 함몰 부위 및 융기 부재를 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 상판을 준비하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 함몰 부위를 형성하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 하판을 준비하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 히트싱크 하우징을 준비하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 인서트 사출 성형을 수행하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 정면도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체는 하기의 구성을 포함한다.

가. 배터리 팩 케이스(100)

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 케이스(100)는 하나 이상의 배터리 셀(1)이 안착될 수 있도록 형성된다. 이러한 배터리 팩 케이스(100)는 상부가 개방된 사각통의 형상으로 형성될 수 있다. 물론, 배터리 팩 케이스(100)의 형상은 다양할 수 있다. 배터리 팩 케이스(100)의 상부에 배터리 팩 커버(미도시)가 장착되어 대용량의 배터리 팩을 형성할 수 있다.

이때, 배터리 팩의 내부에는 복수개의 배터리 셀(1)이 구비될 수 있고, 복수개의 배터리 셀(1)은 원통형의 이차전지 셀일 수 있다. 예컨대 원통형의 이차전지 셀은 양극 탭이 부착된 양극 판과 음극 탭이 부착된 음극 판 사이에 분리막을 개재하여, 양극 판과 분리막과 음극 판이 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 권취된 전극 조립체가 셀 케이스의 내부에 수용된 형태로 마련될 수 있다. 이차전지 셀은 일측 및 일측과 반대되는 타측에 전극 단자가 형성될 수 있다. 이때, 이차 전지 셀의 일측에 양극 단자가 형성되면, 일측과 반대되는 타측에 음극 단자가 형성될 수 있다.

복수개의 배터리 셀(1)은 행 방향 및 열 방향으로 나열될 수 있다. 이때, 행 방향으로 나열된 원통형 배터리 셀들은 양극 단자 및 음극 단자가 교대로 상방으로 배치되도록 하고, 열 방향으로 나열된 원통형 배터리 셀들은 동일한 전극 단자가 상방으로 배치되도록 하여, 배터리 팩 케이스(100)의 내부에 수납될 수 있고, 배터리 팩 커버에 의해 보호될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(1)은 복수개의 버스 바(미도시)에 의하여 행 방향으로 직렬 연결되고, 열 방향으로 병렬 연결될 수 있다. 물론, 복수개의 배터리 셀(1)의 전극 단자 배치 구조와 연결 방식은 다양할 수 있다.

나. 배터리 팩 케이스(100)의 상세 구성

도 2를 참조하면, 배터리 팩 케이스(100)는 소정 면적을 가지는 바닥판(110)과, 바닥판(110)의 양측 가장자리로부터 상방으로 각각 연장되는 측판(120), 한 쌍의 측판(120)으로부터 하방으로 각각 돌출되는 끼움 돌기(130), 한 쌍의 측판(120) 사이에 배치되는 셀 홀더(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

바닥판(110)은 복수개의 배터리 셀(1)을 수납시킬 수 있도록 소정의 면적으로 형성될 수 있다. 바닥판(110)은 사각판의 형상일 수 있다. 물론, 바닥판(110)의 형상은 다양할 수 있다. 측판(120)은 좌우 방향으로 상호 이격되고, 전후 방향으로 각각 연장될 수 있다. 측판(120)은 상하 방향으로 소정의 높이를 가질 수 있다. 측판(120)은 바닥판(110)의 좌우 방향의 양측 가장자리에서 복수개의 배터리 셀(1)을 좌우 방향으로 고정시켜주는 역할을 한다.

한 쌍의 끼움 돌기(130)는 전후 방향으로 연장되며, 그 사이에 히트싱크 하우징(200)의 후술하는 상판(220)이 삽입될 수 있다. 복수개의 셀 홀더(140)는 좌우 방향으로 나열되고, 각각 전후 방향으로 연장될 수 있다. 복수개의 셀 홀더(140)의 사이에 복수개의 배터리 셀(1)이 삽입되어 고정될 수 있다.

상술한 바와 같이 형성되는 배터리 팩 케이스(100)는 수지 재질을 포함할 수 있고, 인서트 사출 성형 공법에 의해, 히트싱크 하우징(200)의 후술하는 하판(210)과 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 배터리 팩 케이스(100)와 하판(210)은 서로 간에 결합되는 부분이 융착에 의해 견고하게 결합될 수 있다.

수지 재질은 엔지니어링 플라스틱 재질일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 엔지니어링 플라스틱 재질로 폴리프로필렌수지(PP), 폴리에스터수지(PBT) 폴리아미드수지66(PA66)를 예시한다. 물론, 엔지니어링 플라스틱 재질은 물에 장시간 노출되어도 손상되지 않으면서 인서트 사출 성형 공법에서 사용할 수 있는 조건을 만족하는 범주 내에서 그 종류가 다양할 수 있다. 배터리 팩 케이스(100)는 상술한 엔지니어링 플라스틱 재질 중 선택된 어느 하나의 수지 재질로 제조될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 함몰 부위 및 융기 부재를 도시한 확대도이다.

다. 히트싱크 하우징(200)

도 2 및 도 3을 참조하면, 히트싱크 하우징(200)은 배터리 팩 케이스(100)와 융착되어 있는 구성으로서, 그 내부에 냉매가 흐를 수 있는 냉매 유로(L)가 구비됨에 따라, 복수개의 배터리 셀(1)로부터 배터리 팩 케이스(100)로 흐르는 열을 방열시키는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 냉매 유로(L)는 냉매 공급 라인(미도시)로부터 냉매를 공급받을 수 있도록, 냉매 공급 라인과 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 하우징(200)은 아래와 같은 구성을 포함한다.

라. 하판(210)

하판(210)은 수지 재질을 포함할 수 있다. 하판(210)은 상술한 배터리 팩 케이스(100)의 하면의 양측 가장자리의 끼움 돌기(130)와 상호 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 하판(210)은 사출 성형 공법에 의해 제조될 수 있다. 물론, 하판(210)의 제조 방식은 다양할 수 있다.

마. 하판(210)의 상세 구성

도 2를 참조하면, 하판(210)은 냉매 유로(L)를 형성하기 위한 적어도 하나의 오목 부분(211), 오목 부분(211)의 좌우 방향으로의 양측에 각각 배치되며, 가장자리가 상판(220)의 하면과 접촉되는 복수개의 볼록 부분(212), 및 복수개의 볼록 부분(212) 중에서 최외각에 위치하는 한 쌍의 볼록 부분의 양측 모서리로부터 상방으로 돌출형성되며, 배터리 팩 케이스(100)의 하면의 양측 가장자리에 형성되는 끼움 돌기(130)와 융착되어 있는 돌출 부분(213)을 포함하여 구성된다.

오목 부분(211)은 좌우 방향 및 전후 방향으로 연장형성되고, 좌우 방향으로의 양측 가장자리가 상방으로 돌출될 수 있다. 오목 부분(211)의 형성 개수는 다양할 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시 예에서는 세 개의 오목 부분(211)을 예시한다. 복수개의 오목 부분(211)은 좌우 방향으로 상호 이격될 수 있다.

볼록 부분(212)은 복수개의 오목 부분(211)의 좌우 방향으로의 양측에 각각 배치될 수 있다. 볼록 부분(212)은 좌우 방향 및 전후 방향으로 연장형성되고, 좌우 방향으로의 양측 가장자리가 오목 부분(211)과 연결될 수 있다. 물론, 최외각의 볼록 부분(212)의 양측 가장자리 즉, 최외각의 한 쌍의 볼록 부분의 양측 모서리는 한 쌍의 돌출 부분(213)과 연결될 수 있다.

한 쌍의 돌출 부분(213)은 하판(210)의 좌우 방향으로의 양측 끝에 위치할 수 있고, 각각 전후 방향으로 연장형성될 수 있다. 한 쌍의 돌출 부분(213) 사이에 상판(220)이 안착될 수 있다. 한 쌍의 돌출 부분(213)의 상면은 끼움 돌기(130)와 융착됨으로써, 견고하게 결합될 수 있다.

바. 상판(220)

상판(220)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 상판(220)을 통하여 냉매 유로(L) 내의 냉매와 배터리 셀 케이스(100)의 하면이 열적으로 연결될 수 있다. 상판(220)은 사각판의 형상일 수 있고, 좌우 방향 및 전후 방향으로 연장될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상판(220)은 배터리 팩 케이스(100)의 하면 및 하판(210)의 상면과 접촉하도록 배치되고, 그 하면에 불규칙한 형상의 함몰 부위(223)가 구비될 수 있다. 여기서, 금속 재질은 스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 금속 재질은 다양할 수 있다.

상판(220)의 상면은 배터리 팩 케이스(100)의 바닥판(110)에 의해 보호되고, 상판(220)의 하면은 하판(210)에 의해 보호될 수 있다. 상판(220)의 좌우 방향으로의 양측 모서리는 배터리 팩 케이스(100)의 끼움 돌기(130)와 하판(210)의 돌출 부분(213)으로 둘러싸여 보호될 수 있다.

한편, 상판(220)의 전후 방향으로의 모서리와 냉매 유로(L)를 보호할 수 있도록 히트싱크 하우징(200)은 전방 커버(미도시) 및 후방 커버(미도시)를 포함하여 구성될 수 있고, 전방 커버(미도시) 및 후방 커버(미도시)를 관통하도록 냉매 공급 라인(미도시)이 연결될 수 있다. 전방 커버 및 후방 커버는 인서트 사출 성형 공법에 의해 하판(210)과 일체형으로 형성되거나, 히트싱크 하우징(200) 또는 히트싱크 조립체가 제조되는 중에, 상판(220) 및 하판(210)과 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 물론, 히트싱크 하우징(200)은 냉매 유로(L)를 전후 방향으로 개방시키기 위해 전방 커버 및 후방 커버를 포함하지 않을 수도 있다.

사. 상판(220)의 상세 구성

도 3을 참조하면, 상판(220)은 하판(210)의 오목 부분(211)과 대응하는 영역에, 오목 부분(211)보다 좌우 방향으로 넓은 면적으로 형성되며, 그 양측 가장자리가 하판(210)의 볼록 부분(212)과 접촉되는 적어도 하나의 단차 부위(221), 단차 부위(221)를 제외한 나머지 영역에 적어도 하나의 단차 부위(221)의 높이(H1)보다 높은 높이로 형성되는 복수개의 몸체 부위(222), 및 몸체 부위(222)의 하면에 부정형의 형상으로 오목하게 형성되는 함몰 부위가(223)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 부정형의 형상은 일정한 패턴을 가지는 형상과 반대되는 형상을 의미한다. 즉, 서로 다른 다양한 형상이 규칙이 없이 나열되는 것을 부정형의 형상이라고 정의한다. 믈론, 함몰 부위(223)는 소정의 패턴을 가지고 규칙적으로 형성된 형상일 수도 있다. 한편, 대응하는 영역은 상하 방향으로 마주보며 그 위치가 적어도 일부 겹치는 영역을 의미한다.

상판(220)의 좌우 방향의 전체 영역은 단차 부위(221)가 형성되는 영역과 이를 제외한 몸체 부위(222)가 형성되는 영역으로 구분될 수 있다. 단차 부위(221)는 몸체 부위(222)보다 상하 방향으로의 두께가 더 두꺼울 수 있다. 단차 부위(221)의 하면의 높이(H1)가 몸체 부위(222)의 하면의 높이(H2)보다 낮을 수 있다.

이러한 높이 차이(ΔH) 때문에, 함몰 부위(223)와의 구조적인 간섭 없이, 단차 부위(221)의 좌우 방향으로의 양측 가장자리가 볼록 부분(212)의 좌우 방향으로의 양측 가장자리와 안정적으로 기밀하게 접촉될 수 있고, 이에, 단차 부위(221)의 하면과 오목 부분(211)의 상면으로 둘러싸인 냉매 유로(L)가 히트싱크 하우징(200)의 내에 형성될 수 있다.

아. 융기 부재(230)

융기 부재(230)는 함몰 부위(223)와 밀착되도록 형성되고, 하판(210)의 상면과 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 구조를 가지면서 수지 재질로 형성될 수 있다. 즉, 융기 부재(230)는 인서트 사출 성형 공법에 의해 하판(210)과 일체형으로 형성되어 있는 구조이다. 융기 부재(230)의 형상은 함몰 부위(223)의 형상과 대응할 수 있다. 이때, 형상이 대응한다는 것은 동일한 형상 혹은 부합하는 형상인 것을 의미한다. 이에 의해, 융기 부재(230)는 함몰 부위(223)의 내부에서 함몰 부위(223)의 내부면과 빠짐없이 접촉할 수 있고, 상판(220)과 하판(210)을 견고하게 결합시켜줄 수 있다.

즉, 융기 부재(230)가 함몰 부위(223)의 내부에서 인서트 사출 성형 공법에 의해 성형됨에 의해, 융기 부재(230)가 함몰 부위(223)가 서로 형상이 맞물리게 되어, 융기 부재(230)와 함몰 부위(223)의 상호 간에 분리가 억제 혹은 방지될 수 있고, 인서트 사출 성형 시에 융기 부재(230)의 하부가 하판(210)의 볼록 부분(212)의 상면에 융착됨에 의해, 융기 부재(230)와 하판(210)의 상호 간에 분리가 방지됨으로써, 융기 부재(230)와 함몰 부위(223)를 매개로 상판(220)과 하판(210)이 상호 견고하게 결합될 수 있다.

도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체의 정면도다.

본 발명의 변형 예에 따른 히트싱크 조립체는 냉매 유로(L)의 내부에 위치하도록 하는 냉각 핀(214)를 더 포함할 수 있다.

자. 냉각 핀(214)

도 4를 참조하면, 냉각 핀(214)은 냉매 유로(L)의 내부에 위치하도록 하판(210)의 오목 부위(211)의 상면에 돌출형성될 수 있다. 냉각 핀(214)는 전후 방향으로 연장될 수 있고, 각각 좌우 방향으로 이격될 수 있다. 냉각 핀(214)에 의하여 냉매와 히트싱크 조립체와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체 제조 방법

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 상판을 준비하는 과정을 보여주는 모식도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 함몰 부위를 형성하는 과정을 보여주는 모식도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 하판을 준비하는 과정을 설명하기 위한 모식도이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 히트싱크 하우징을 준비하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정을 설명하기 위한 모식도이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법의 인서트 사출 성형을 수행하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.

이하에서는 도 5 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 히트싱크 조립체 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 위한 히트싱크 조립체 제조 방법은 하기와 같은 과정을 포함하여 구성될 수 있다.

가. 금속 재질의 상판(220)을 준비하는 과정(S100)

도 5를 참조하면, 상판(220)을 준비하는 과정은, 스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하는 플레이트(220')를 마련하는 과정과, 플레이트(220')의 일부 영역에 주변보다 낮은 높이(H1)로 적어도 하나의 단차 부위(221)를 형성하고, 나머지 영역에 주변보다 높은 높이(H2)로 복수의 몸체 부위(222)를 형성하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 단차 부위(221)와 몸체 부위(222)를 형성하는 방식은 다양할 수 있다. 예컨대 플레이트(220')를 압연하거나 혹은 절삭하는 방식으로 각 부위를 형성할 수 있다. 또한, 플레이트(220')의 하면에 띠 형상의 부재를 부착시켜 단차 부위(221)를 형성할 수도 있다.

나. 상판(220)의 하면을 부식처리하여 불규칙한 형상의 함몰 부위(223)를 형성하는 과정(S200)

도 6을 참조하면, 함몰 부위(223)를 형성하는 과정은 복수의 몸체 부위(222)의 하면에 레이저를 조사하는 과정일 수 있다. 예를 들어 복수의 몸체 부위(222)의 하면에 레이저를 조사하여 불규칙한 형상으로 함몰 부위(223)를 식각할 수 있다. 이때, 불규칙한 형상은 소정의 설계 프로그램을 사용하여 다양한 방식으로 형상 설계될 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 함몰 부위(223)를 형성하는 과정은, 복수의 몸체 부위(222)의 하면을 부식액에 노출시키는 과정일 수 있다. 예를 들어 상판(220)의 몸체 부위(222)의 하면을 제외한 나머지 전체를 마스킹처리하고, 상판(220)을 이루는 금속 재질을 부식시킬 수 있는 부식액에 상판(220)을 침지시켜, 상판(220)의 몸체 부위(222)의 하면을 부식시킬 수 있다. 이때, 부식액의 농도나 침지 시간 등의 부식 조건을 다양하게 조절하여, 함몰 부위(223)의 형상을 불규칙한 형상으로 형성할 수 있다. 이러한 과정에 의해 상판(220)의 하면의 소정 면적이 원하는 표면 거칠기를 가질 수 있다.

다. 수지 재질의 하판(210)을 준비하는 과정(S300)

도 7을 참조하면, 하판(210)을 준비하는 과정은, 적어도 하나의 오목 부분(211)과, 그 양측의 복수개의 볼록 부분(212), 및 최외각의 볼록 부분의 양측 모서리의 돌출 부분(213)으로 이루어진 소정의 형상에 대응하는 내부 공간을 가진 사출 금형(미도시)에 수지 재질의 용융된 사출 재료를 주입하여 사출 성형하고, 이어서, 적어도 하나의 오목 부분(211)과 복수개의 볼록 부분(212)과 양측 모서리의 돌출 부분(213)으로 이루어진 하판(210)을 사출 금형과 분리시키는 과정이다.

이때, 도 6 및 도 7을 참조하면 단차 부위(221)의 좌우 방향으로의 너비(W1)가 하판(210)의 오목 부분(211)의 좌우 방향으로의 너비(W2)보다 클 수 있다.

라. 상판(220)과 하판(210)을 조립하여 조립된 히트싱크 하우징(200A)을 준비하는 과정(S400)

도 8을 참조하면, 히트싱크 하우징(200A)을 준비하는 과정은, 하판(210)의 상면에 상판(220)의 하면을 안착시키고, 상판(220)의 단차 부위(221)를 하판(210)의 볼록 부분(212)과 접촉시켜 상판(220) 및 하판(210) 사이에 냉매 유로(L)를 형성하는 과정이다.

이때, 단차 부위(221)의 좌우 방향으로의 가장자리와 볼록 부분(212)의 좌우 방향의 가장자리가 접촉하고, 상판(220)의 좌우 방향의 양측 모서리는 하판(210)의 한 쌍의 돌출 부분(213) 사이에 끼워질 수 있다.

여기서, 상판(220)의 몸체 부위(222)에 형성된 함몰 부위(223)와 하판(210)의 볼록 부분(212)의 상면 사이에는 소정의 공간이 마련될 수 있고, 후속하는 과정에서 이 공간에 융기 부재(230)가 주입 성형될 수 있다.

마. 조립된 히트싱크 하우징(200A)을 인서트 사출 금형(10)에 조립하는 과정(S500)

도 9 및 도 10을 참조하면, 조립하는 과정은, 히트싱크 하우징(200A)의 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 인서트 사출 금형의 하부 몸체(12)에 조립된 히트싱크 하우징(200A)을 안착시키고, 배터리 팩 케이스(100)의 형상에 대응하는 내부 공간(100A)을 가지는 인서트 사출 금형의 상부 몸체(11)를 하부 몸체(12)와 결합시키는 과정이다.

물론, 인서트 사출 금형의 구조와 결합 방식은 다양할 수 있다. 예컨대 인서트 사출 금형은 하부 몸체(12)와 상부 몸체(11)의 사이를 연결하도록 하는 중간 몸체를 포함할 수도 있고, 이들은 좌우 방향으로 상호 결합될 수도 있다. 즉, 조립된 히트싱크 하우징(200A)를 인서트 부재로 하여, 인서트 사출 성형을 수행할 수 있도록 하는 다양한 인서트 사출 금형을 이용할 수도 있다.

바, 인서트 사출 금형(10)에 수지 재질의 사출 재료를 주입하여 인서트 사출 성형을 수행하는 과정(S600)

인서트 사출 성형을 수행하는 과정은, 인서트 사출 금형의 상부 몸체(11) 및 하부 몸체(12) 중 적어도 하나에 형성된 주입홀(미도시)을 통하여 인서트 사출 금형의 상부 몸체(11)의 내부 공간으로 용융된 사출 재료를 주입하고, 히트싱크 하우징의 상판(220) 및 하판(210) 사이의 틈을 통하여 함몰 부위(223)로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정이다.

이때, 함몰 부위(223)로의 사출 재료의 주입이 원활할 수 있도록, 히트싱크 하우징의 상판(220) 및 하판(210) 중 적어도 하나에 형성된 관통홀(미도시)을 통하여 함몰 부위(223)로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정을 더 포함할 수 있다.

이에, 조립된 히트싱크 하우징(200A) 상에 수지 재질의 배터리 팩 케이스(100)를 형성할 수 있고, 이와 동시에 함몰 부위(223) 내에 수지 재질의 융기 부재(230)를 형성할 수 있고, 이와 동시에 배터리 팩 케이스(100)의 하면의 양측 가장자리 및 융기 부재(230)를 하판(210)의 상면과 융착시키며 일체형으로 결합시킬 수 있다.

즉, 이러한 인서트 사출 성형 과정에서 배터리 팩 케이스(100)의 형성과, 융기 부재(230)의 형성, 배터리 팩 케이스(100)와 히트싱크 하우징(200)의 하판(210)의 융착과, 히트싱크 하우징(200)의 상판(220)과 배터리 팩 케이스(100)의 끼움 결합, 융기 부재(230)와 히트싱크 하우징(200)의 하판(210)의 융착, 히트싱크 하우징(200)의 상판(220)과 히트싱크 하우징(200)의 하판(210)의 융착이 동시에 수행되며, 히트싱크 조립체가 견고한 구조로 제조될 수 있다.

이때, 사출 재료는 하판(210)의 성형에 사용한 사출 재료보다 용융점이 낮은 수지 재질일 수 있다. 이에, 인서트 사출 성형 시에 하판(210)이 용융된 사출 재료와 접촉하여 과도하게 용융되는 것을 방지할 수 있다.

이러한 과정에 의하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상술한 히트싱크 조립체를 형성함으로써, 배터리 팩 케이스(100)와 히트싱크 하우징의 하판(210)이 결합되는 부분을 융착시켜 결합 강도를 향상시킬 수 있고, 이들을 서로 융착시키는 중에, 히트싱크 하우징의 상판(220)의 하면에 불규칙하게 형성된 복수의 함몰 부위(223)와 히트싱크 하우징의 하판(210)의 상면 사이의 공간에 융기 부재(230)를 형성하면서, 이 융기 부재(230)를 히트싱크 하우징의 하판(210)의 상면에 융착시킴으로써, 결합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 과정을 인서트 사출 성형 공법을 사용함으로써 신속하고 간단하게 수행할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 배터리 팩 케이스
200: 히트싱크 하우징
210: 하판
220: 상판
223: 함몰 부위
230: 융기 부재

Claims

하나 이상의 배터리 셀이 안착될 수 있도록 형성되는 수지 재질의 배터리 팩 케이스;
상기 배터리 팩 케이스와 융착되어 있는 히트싱크 하우징;
을 포함하여 구성되고,
상기 히트싱크 하우징은,
상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리와 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 하판;
상기 배터리 팩 케이스의 하면 및 상기 하판의 상면과 접촉하도록 배치되고, 그 하면에 불규칙한 형상의 함몰 부위가 구비되는 금속 재질의 상판;
상기 함몰 부위와 밀착되도록 형성되고, 상기 하판의 상면과 융착되어 일체형으로 결합되어 있는 수지 재질의 융기 부재;
를 포함하여 구성되고,
상기 배터리 팩 케이스 및 상기 융기 부재는 인서트 사출 성형 공법에 의해 상기 하판과 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 상판의 양측 모서리는 상기 배터리 팩 케이스 및 상기 하판으로 둘러싸여 보호되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 수지 재질은 엔지니어링 플라스틱 재질이고,
상기 금속 재질은 스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 하판은,
냉매 유로를 형성하기 위한 적어도 하나의 오목 부분; 및
상기 오목 부분의 양측에 각각 배치되며, 가장자리가 상기 상판의 하면과 접촉되는 복수개의 볼록 부분;
상기 복수개의 볼록 부분 중 최외각의 볼록 부분의 양측 모서리로부터 상방으로 돌출형성되며, 상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리와 융착되어 있는 돌출 부분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
청구항 4에 있어서,
상기 상판은,
상기 오목 부분과 대응하는 영역에, 상기 오목 부분보다 넓은 면적으로 형성되며, 양측 가장자리가 상기 볼록 부분과 접촉되는 적어도 하나의 단차 부위;
상기 단차 부위를 제외한 나머지 영역에 상기 적어도 하나의 단차 부위보다 높은 높이로 형성되며, 상기 함몰 부위가 구비되는 복수개의 몸체 부위;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체.
금속 재질의 상판을 준비하는 과정;
상기 상판의 하면을 부식처리하여 불규칙한 형상의 함몰 부위를 형성하는 과정;
수지 재질의 하판을 준비하는 과정;
상기 상판과 상기 하판을 조립하여 히트싱크 하우징을 준비하는 과정;
상기 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정;
상기 인서트 사출 금형에 수지 재질의 사출 재료를 주입하여 인서트 사출 성형을 수행하는 과정;을 포함하여 구성되고,
상기 인서트 사출 성형을 수행하는 과정은,
상기 히트싱크 하우징 상에 수지 재질의 배터리 팩 케이스를 형성하고, 상기 함몰 부위 내에 수지 재질의 융기 부재를 형성하며, 상기 배터리 팩 케이스의 하면의 양측 가장자리 및 상기 융기 부재를 상기 하판의 상면과 융착시키며 일체형으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 상판을 준비하는 과정은,
스틸, 알루미늄 및 서스 재질 중 적어도 하나를 포함하는 플레이트를 마련하는 과정;
상기 플레이트의 일부 영역에 주변보다 낮은 높이로 적어도 하나의 단차 부위를 형성하고, 나머지 영역에 주변보다 높은 높이로 복수의 몸체 부위를 형성하는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 함몰 부위를 형성하는 과정은,
상기 복수의 몸체 부위의 하면에 레이저를 조사하는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 함몰 부위를 형성하는 과정은,
상기 복수의 몸체 부위의 하면을 부식액에 노출시키는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 하판을 준비하는 과정은,
적어도 하나의 오목 부분과, 그 양측의 복수개의 볼록 부분, 및 최외각의 볼록 부분의 양측 모서리의 돌출 부분으로 이루어진 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 사출 금형에 수지 재질의 사출 재료를 주입하여 사출 성형하는 과정;
상기 적어도 하나의 오목 부분과 복수개의 볼록 부분 및 양측 모서리의 돌출 부분으로 이루어진 상기 하판을 상기 사출 금형과 분리시키는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 히트싱크 하우징을 준비하는 과정은,
상기 하판의 상면에 상기 상판의 하면을 안착시키는 과정;
상기 상판의 상기 단차 부위를 상기 하판의 볼록 부분과 접촉시켜 상기 상판 및 상기 하판 사이에 유로를 형성하는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 히트싱크 하우징을 인서트 사출 금형에 조립하는 과정은,
히트싱크 하우징의 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 인서트 사출 금형의 하부 몸체에 상기 히트싱크 하우징을 안착시키는 과정;
배터리 팩 케이스의 형상에 대응하는 내부 공간을 가지는 인서트 사출 금형의 상부 몸체를 상기 하부 몸체와 결합시키는 과정;을 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 인서트 사출 성형을 수행하는 과정은,
상기 인서트 사출 금형의 상부 몸체 및 상기 하부 몸체 중 적어도 하나에 형성된 주입홀을 통하여 상기 인서트 사출 금형의 상부 몸체의 내부 공간으로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정;
상기 히트싱크 하우징의 상판 및 하판 사이의 틈을 통하여 상기 함몰 부위로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정;을 포함하여 구성되고,
상기 히트싱크 하우징의 상판 및 하판 중 적어도 하나에 형성된 관통홀을 통하여 상기 함몰 부위로 용융된 사출 재료를 주입하는 과정;을 더 포함하여 구성되는 히트싱크 조립체 제조 방법.