KR20240003509A

KR20240003509A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20240003509A
Application number: KR1020220081128A
Authority: KR
Inventors: 김대길; 이재현; 신주환; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2024-01-09
Also published as: WO2024005579A1; CN118235284A

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 배터리 팩은, 배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 팩 케이스는, 배터리 모듈의 하부를 지지하고 냉각수가 저장되는 복수의 공동이 내부에 형성된 중공 형태의 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합된 측벽; 및 각 배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 구획하도록 상기 베이스 플레이트와 결합되는 격벽; 을 포함하고, 상기 격벽은, 팩 케이스의 중심부를 가로지르도록 연장 형성된 메인 격벽; 및 양단이 상기 메인 격벽 및 측벽과 결합되는 서브 격벽; 을 포함하고, 상기 베이스 플레이트는, 공동으로 냉각수가 공급 가능하도록 상기 공동과 연통되는 주입구 및 배출구를 양단부에 각각 포함하고, 인접하게 위치한 한 쌍의 공동 사이에서, 상기 공동이 서로 연통되도록 연결하는 복수의 냉각 유로를 포함하는 유로부를 내부에 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명의 배터리 팩은 내부에 흐르는 냉각수를 이용하여 수용된 배터리 모듈의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있는 구조를 갖는 팩 케이스를 제공하는 것이 특징이다.

단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V 이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

예컨대, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성한다.

종래의 배터리 팩은 배터리 모듈이 수용되는 팩 케이스 및 상기 팩 케이스에 수용된 배터리 모듈을 덮도록 상기 팩 케이스와 결합되는 상부 커버로 구성된다.

상기 팩 케이스는 측벽으로 둘러싸인 내부 공간이 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 모듈은 복수의 격벽으로 구획되어 형성된 구역에 분리되어 수용된다.

최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다.

상기와 같은 대용량의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈은 온도에 따라 성능이 크게 결정될 수 있고, 충전과 방전시 상기 각 배터리 모듈의 온도가 상승할 수 있다. 즉, 배터리 팩은 다수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 다수의 배터리 모듈은 서로 간의 온도차가 최소화되게 관리되는 것이 바람직하다.

전기 자동차에는 이러한 배터리 모듈의 과열을 방지하여 배터리 모듈의 성능을 유지시키기 위해 배터리 팩에 수용된 각 배터리 모듈을 냉각시키는 배터리 냉각 장치가 설치될 수 있다.

상기 배터리 냉각 장치로는 대표적으로 수냉식 배터리 냉각 장치가 있다. 상기 수냉식 냉각 장치는 저온으로 냉각된 물을 배터리 모듈이 수용된 배터리 팩에 공급하여 각 배터리 모듈을 냉각시키는 원리로 작동된다.

도 1은 수냉식 냉각 장치가 설치된 전기 자동차에 적용되는 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 배터리 팩의 정면도이다. 배터리 팩에 포함된 각 배터리 모듈은 상기 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 배터리 팩의 상부를 덮는 상부 커버(10)와 측면을 감싸는 측벽(30) 등에 의해 거의 밀폐된 공간에 수용되기 때문에 발열에 매우 취약한 환경에서 작동한다.

따라서 종래에는 배터리 모듈을 냉각시키기 위해 배터리 팩의 바닥에 해당하는 베이스 플레이트(20)로 냉각수가 흐르도록 하는 방법을 이용하였다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 배터리 팩의 하부에 해당하는 베이스 플레이트(20)는 내부에 복수의 관형 유로(80)가 설치되어 있고, 주입구(40)를 통해 주입된 저온의 냉각수는 상기 주입구(40)에 연결된 복수의 호스(70)로 나뉘어 유입된 후 상기 호스(70)와 연결된 보조 주입구(60)를 통해 각 유로(80)로 이동한다.

도 3은 상기 도 1의 배터리 팩에서 냉각수가 유로(80)를 통해 이동하는 경로(Ct)를 간단히 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참고하면, 냉각수는 각 보조 주입구(60)로 유입되어 상기 보조 주입구(60)와 연결된 유로(80)를 통해 일방향으로 흐르면서 배터리 팩에 수용된 배터리 모듈을 냉각시키고, 배출구(50)를 통해 배출된다.

다만, 상기와 같은 구조의 배터리 팩은 주입구, 배출구, 호스, 보조 주입구 및 유로 등을 체결하는 과정이 필요하고, 조립이 복잡하다는 단점이 있다.

또한, 유로의 단면이 원형이며, 실질적으로 배터리 팩에 수용된 배터리 모듈과 접촉하는 면적이 적어서 효과적인 냉각을 수행하지 못한다는 단점이 있다.

따라서, 구조가 간단하여 조립성을 개선시킬 수 있으면서 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 배터리 팩이 요구되고 있다.

한국공개특허 제10-2018-0083140호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 수용된 배터리 모듈을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩으로서, 배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 팩 케이스는, 배터리 모듈의 하부를 지지하고 냉각수가 저장되는 복수의 공동이 내부에 형성된 중공 형태의 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합된 측벽; 및 각 배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 구획하도록 상기 베이스 플레이트와 결합되는 격벽; 을 포함하고, 상기 격벽은, 팩 케이스의 중심부를 가로지르도록 연장 형성된 메인 격벽; 을 포함하고, 상기 베이스 플레이트는, 냉각수가 유출입 가능하고, 상기 공동과 연통되는 주입구 및 배출구를 양단부에 각각 포함하고, 인접하게 위치한 한 쌍의 공동 사이에서, 상기 공동이 서로 연통되도록 연결하는 복수의 냉각 유로를 포함하는 유로부를 내부에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.

상기 주입구로 주입된 냉각수는 상기 공동 및 냉각 유로를 통과하여 상기 배출구로 배출될 수 있다.

상기 공동은 팩 케이스의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.

상기 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트의 전단에 형성되어 상기 주입구와 직접 연통되는 공동을 포함하는 주입부, 베이스 플레이트의 후단에 형성되어 상기 배출구와 직접 연통되는 공동을 포함하는 배출부 및 각 모듈 영역에 대응되는 위치에 형성된 복수의 공동을 포함하는 온도 교환부를 포함할 수 있다.

상기 온도 교환부에 포함되는 각 공동은 상기 모듈 영역의 면적 크기에 대응하여 형성될 수 있다.

상기 온도 교환부에 포함된 어느 하나의 공동은 상기 공동의 양단에 각각 위치한 유로부에 포함된 각 냉각 유로와 모두 연통되고, 상기 공동의 전단에 위치한 유로부의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 공동에서 합류되고, 상기 공동에서 합류된 냉각수는 상기 공동의 후단에 위치한 유로부의 각 냉각 유로로 분산되어 이동할 수 있다.

상기 주입구를 통해 주입부의 공동으로 유입된 냉각수는 상기 주입부의 공동에 인접한 유로부의 각 냉각 유로로 분산되어 이동하고, 상기 배출부의 공동에 인접한 유로부의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 배출부의 공동에서 합류되어 상기 배출구를 통해 배출될 수 있다.

상기 공동 및 유로부는 팩 케이스의 길이 방향을 따라 교대로 형성될 수 있다.

상기 팩 케이스는, 양단이 상기 메인 격벽 및 측벽과 결합되고 이웃한 한 쌍의 배터리 모듈 사이를 분리하도록 베이스 플레이트와 결합되는 서브 격벽; 을 더 포함하고, 상기 유로부는 상기 서브 격벽에 대응되는 위치에 포함될 수 있다.

상기 유로부는 복수의 냉각 유로를 포함하고, 상기 유로부에 포함된 냉각 유로는 팩 케이스의 폭 방향을 따라 나란히 배열될 수 있다.

상기 베이스 플레이트는, 전단에 한 쌍의 주입구를 포함하고, 후단에 상기 각 주입구에 연통되는 한 쌍의 배출구를 포함할 수 있다.

상기 주입구는, 상기 제1 모듈 영역이 위치한 메인 격벽의 일측에 형성된 제1 주입구, 및 상기 제2 모듈 영역이 위치한 메인 격벽의 타측에 형성된 제2 주입구를 포함하고, 상기 배출구는, 상기 메인 격벽의 일측에서 상기 제1 주입구에 연통되는 제1 배출구, 및 상기 메인 격벽의 타측에서 상기 제2 주입구에 연통되는 제2 배출구를 포함하고, 상기 제1 주입구는 메인 격벽의 일측에서 상기 제1 배출구에 대해 대각선 방향에 설치되고, 상기 제2 주입구는 메인 격벽의 타측에서 상기 제2 배출구에 대해 대각선 방향에 설치될 수 있다.

상기 베이스 플레이트는 전후면이 개방되고, 상기 개방된 전후면에 결합되는 냉각 커버를 포함할 수 있다.

상기 냉각 커버는 전방으로 돌출되고, 중공 형태를 갖는 돌출부를 더 포함하고, 상기 주입구 및 배출구는 상기 팩 케이스의 전후방에 결합된 상기 냉각 커버의 돌출부에 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리 팩에 수용된 복수의 배터리 모듈을 효과적으로 냉각시켜서 배터리 팩이 과열되어 폭발하는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 수냉식 냉각 장치가 설치된 전기 자동차에 적용되는 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 배터리 팩의 정면도이다.
도 3은 상기 도 1의 배터리 팩에서 냉각수가 유로를 통해 이동하는 경로를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 배터리 팩의 변형예이다.
도 6은 상기 도 4의 배터리 팩의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 팩 케이스에 대한 평면도이다.
도 8은 상기 도 7의 팩 케이스에서 제1 모듈 영역 및 제2 모듈 영역에 대응되는 베이스 플레이트 내부의 냉각 유로 및 공동을 나타낸 것이다.
도 9는 상기 도 7의 팩 케이스의 부분 단면도를 나타낸 것이다.
도 10은 상기 도 8의 냉각 유로 및 공동을 통과하는 냉각수의 이동 경로를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 12는 상기 돌출부가 포함된 냉각 커버의 일부를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 발명은 배터리 모듈(B)을 수용하는 배터리 팩(1000)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명의 배터리 팩(1000)은 수용된 배터리 모듈(B)을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 팩 케이스(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)에 관한 것이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)에 관한 것이다.

이하, 상기 도면들을 참조하여 본 발명의 배터리 팩(1000)에 대해 설명한다.

(제1 실시형태)

도 4는 본 발명의 제 1실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도이고, 도 5는 상기 도 4에 도시된 배터리 팩(1000)의 변형예이고, 도 6은 상기 도 4의 배터리 팩(1000)의 정면도이다.

본 발명의 배터리 팩(1000)은 상기 도 4에 도시된 것처럼 팩 케이스(200) 및 상부 커버(100)로 구성된다.

상기 상부 커버(100)는 상기 팩 케이스(200)에 수용된 각 배터리 모듈(B)의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스(200)와 결합된다.

상기 상부 커버(100)는 공지 기술에 해당하므로, 본 발명에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 팩 케이스(200)는 베이스 플레이트(210), 측벽 및 격벽(230)을 포함하고, 배터리 모듈(B)이 안착되는 모듈 영역(A)을 제공한다.

상기 측벽은 상기 베이스 플레이트(210)의 테두리를 따라 결합된다.

상기 측벽은 보다 구체적으로 상기 베이스 플레이트(210)의 전방을 커버하도록 베이스 플레이트(210)와 결합되는 전방 프레임(221), 상기 베이스 플레이트(210)의 후방을 커버하도록 베이스 플레이트(210)와 결합되는 후방 프레임(222) 및 상기 베이스 플레이트(210)의 측방을 커버하도록 베이스 플레이트(210)의 양측에서 결합되는 사이드 프레임(223)을 포함한다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 베이스 플레이트(210) 전단부가 상기 전방 프레임(221)의 전방으로 돌출되고, 후단부가 상기 후방 프레임(222)의 전방으로 돌출된다.

보다 구체적으로, 상기 전방 프레임(221)은 상기 베이스 플레이트(210)의 전단부가 상기 전방 프레임(221)의 전방으로 돌출될 수 있도록 상기 베이스 플레이트(210)의 전단부로부터 소정 간격 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트(210)와 결합된다.

또한 상기 후방 프레임(222)은 상기 베이스 플레이트(210)의 후단부가 상기 후방 프레임(222)의 전방으로 돌출될 수 있도록 상기 베이스 플레이트(210)의 후단부로부터 소정 간격 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트(210)와 결합된다.

상기 격벽(230)은 각 배터리 모듈(B)이 안착되는 모듈 영역(A)을 구획하도록 상기 베이스 플레이트(210)와 결합된다.

상기 격벽(230)은 보다 구체적으로 팩 케이스(200)의 중심부를 가로지르도록 연장 형성된 메인 격벽(231)을 포함한다.

상기 팩 케이스(200)는 각 상기 메인 격벽(231)에 의해 크게 두 개의 공간으로 구획될 수 있고, 복수의 배터리 모듈(B)은 상기 메인 격벽(231)의 양측에서 상기 메인 격벽(231)을 따라 나란히 베이스 플레이트(210)에 안착 된다. 이때, 상기 메인 격벽(231)의 일측에 수용되 있는 배터리 모듈(B)은 서브 격벽(232)에 의해 다시 분리될 수 있다.

즉, 팩 케이스(200)는 도 4에 도시된 것처럼 상기 메인 격벽(231)에 의해 형성된 공간을 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)으로 다시 구획하여 배터리 모듈(B)이 안착되는 모듈 영역(A)을 형성하는 서브 격벽(232)을 더 포함할 수 있다.

상기 서브 격벽(232)은 배터리 모듈(B)과 별개로 팩 케이스(200)에 설치된 것일 수 있으나, 다른 예로 배터리 모듈(B)에 부착되어 제공될 수 있다.

도 5는 양측에 서브 격벽(232)이 부착된 배터리 모듈(B)을 수용하는 팩 케이스(200)의 사시도로, 배터리 모듈(B)이 각 모듈 영역(A)에 안착되면서 상기 배터리 모듈(B)의 측면에 부착된 서브 격벽(232)에 의해 각 배터리 모듈(B)이 분리 및 지지된다.

상기 베이스 플레이트(210)는 중공 형태를 갖는 것이 특징이며, 배터리 모듈(B)의 하부를 지지하고 냉각수가 저장되는 복수의 공동(Cv)(cavity)을 내부에 포함한다.

상기 베이스 플레이트(210)는 전후면이 개방되고, 상기 개방된 전후면으로 상기 개방부를 커버하도록 결합되는 냉각 커버(214)를 포함한다.

도 6(a)은 냉각 커버(214)가 결합된 배터리 팩(1000)이고, 도 6(b)는 냉각 커버(214)가 분리된 배터리 팩(1000)을 나타낸 것이다.

상기 냉각 커버(214)는 베이스 플레이트(210)의 전면에 결합되는 제1 냉각 커버(214a) 및 상기 베이스 플레이트(210)의 후면에 결합되는 제2 냉각 커버(214b)로 구분될 수 있다.

상기 베이스 플레이트(210) 내부는 도 6에 도시된 것처럼 중공 형태로 비어 있고, 상기 중공 내부에는 베이스 플레이트(210)의 두께 방향으로 세워진 복수의 분리벽(213)이 형성되어 있다. 상기 냉각 커버(214)는 상기 베이스 플레이트(210)의 개방된 전후면을 덮도록 상기 베이스 플레이트(210)와 결합된다. 이때, 상기 냉각 커버(214)는 도시된 것처럼 별도로 베이스 플레이트(210)로부터 탈부착 될 수 있고, 또는 상기 베이스 플레이트(210)와 일체형으로 제작될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 팩 케이스(200)에 대한 평면도를 간단히 나타낸 것이고, 도 8은 상기 도 7의 팩 케이스(200)에서 제1 모듈 영역(A1) 및 제2 모듈 영역(A2)에 대응되는 베이스 플레이트(210)의 내부의 냉각 유로 및 공동(Cv)을 나타낸 것이고, 도 9는 상기 도 7의 팩 케이스(200)의 부분 단면도를 나타낸 것이고, 도 10은 상기 8의 냉각 유로 및 공동(Cv)을 통과하는 냉각수의 이동 경로(Ct)를 간단히 나타낸 것이다.

상기 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 상기 모듈 영역(A)은 제1 모듈 영역(A1) 및 제2 모듈 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 모듈 영역(A)은 상기 메인 격벽(231)의 일측에 형성된 제1 모듈 영역(A1), 및 상기 메인 격벽(231)의 타측에 형성된 제2 모듈 영역(A2)을 포함한다.

상기 제1 모듈 영역(A1) 및 제2 모듈 영역(A2)은 상기 메인 격벽(231)의 양측에서 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 소정 간격 이격되어 형성되고, 각 배터리 모듈(B)은 상기 각각의 모듈 영역(A)에 안착 된다.

본 발명의 배터리 팩(1000)은 수용된 배터리 모듈(B)을 효과적으로 냉각시키는 것이 특징이며, 상기 냉각은 상기 팩 케이스(200)에 포함된 베이스 플레이트(210) 내부로 냉각수를 흐르도록 하는 것으로 진행된다.

특히, 본 발명은 상기 냉각 효과를 극대화시키기 위해 상기 베이스 플레이트(210) 내부에 복수의 공동(Cv)을 형성시키고, 상기 공동(Cv)의 넓은 면적을 통해 냉각수가 배터리 모듈(B)과 온도 교환이 가능하도록 한다.

상기 공동(Cv)은 모듈 영역(A)과 마찬가지로 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다.

또한 본 발명의 베이스 플레이트(210)는 상기 공동(Cv)과 더불어 주입구(211), 배출구(212) 및 유로부(P4)를 더 포함한다.

상기 주입구(211) 및 배출구(212)는 냉각수가 유출입되는 부위로, 상기 도 4 내지 도 7을 참조하면, 베이스 플레이트(210)는 양단부에 각각 주입구(211) 및 배출구(212)를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 주입구(211)는 상기 전방 프레임(221)으로부터 소정 길이 돌출된 베이스 플레이트(210)의 전단에 설치되고, 상기 배출구(212)는 상기 후방 프레임(222)으로부터 소정 길이 돌출된 베이스 플레이트(210)의 후단에 설치된다.

배터리 모듈(B)을 냉각시키기 위해 상기 베이스 플레이트(210)로 주입되는 냉각수는 상기 주입구(211)를 통해 베이스 플레이트(210)의 내부로 진입하고, 상기 주입구(211)와 연통된 배출구(212)를 통해 외부로 배출된다.

상기 베이스 플레이트(210)는 전단에 한 쌍의 주입구(211)를 포함하고, 후단에 상기 각 주입구(211)에 연통되는 한 쌍의 배출구(212)를 포함한다.

도 7을 참조하면, 메인 격벽(231)을 사이에 두고 베이스 플레이트(210)의 전단에 한 쌍의 주입구(211)가 분리되어 위치하고, 베이스 플레이트(210)의 후단에 한 쌍의 배출구(212)가 분리되어 위치한다.

보다 구체적으로 상기 주입구(211)는 제1 모듈 영역(A1)이 위치한 메인 격벽(231)의 일측에 형성된 제1 주입구(211a) 및 제2 모듈 영역(A2)이 위치한 메인 격벽(231)의 타측에 형성된 제2 주입구(211b)를 포함한다.

또한 상기 배출구(212)는 제1 모듈 영역(A1)이 위치한 메인 격벽(231)의 일측에 형성된 제1 배출구(212a) 및 제2 모듈 영역(A2)이 위치한 메인 격벽(231)의 타측에 형성된 제2 배출구(212b)를 포함한다.

상기 서로 연통되는 주입구(211) 및 배출구(212)는 베이스 플레이트(210) 상에서 서로 대각선 방향에 위치하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 상기 제1 주입구(211a)는 메인 격벽(231)의 일측에서 상기 제1 배출구(212a)에 대해 대각선 방향에 설치되고, 상기 제2 주입구(211b)는 메인 격벽(231)의 타측에서 상기 제2 배출구(212b)에 대해 대각선 방향에 설치된다.

상기 제1 주입구(211a) 및 제2 주입구(211b)가 베이스 플레이트(210)의 전단에서 메인 격벽(231)에 인접한 위치에 설치되고, 제1 배출구(212a) 및 제2 배출구(212b)가 베이스 플레이트(210)의 후단에서 상기 베이스 플레이트(210)의 양측에 위치한 사이드 프레임(223)에 각각 인접한 위치에 설치된다.

상기 유로부(P4)는 인접하게 위치한 한 쌍의 공동(Cv) 사이에 위치하고, 상기 공동(Cv)이 서로 연통되도록 연결하는 복수의 냉각 유로를 포함한다.

도 8을 참조하면, 상기 냉각 유로는 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 연장 형성되고, 상기 유로부(P4)에 포함된 복수의 냉각 유로는 상기 팩 케이스(200)의 폭 방향(d2)을 따라 나란히 배열된다.

상기 유로부(P4)는 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 소정 간격 이격되어 있는 공동(Cv) 사이에 위치한다. 따라서 상기 유로부(P4)에 포함된 냉각 유로를 통해 어느 하나의 공동(Cv)에서 다른 공동(Cv)으로 냉각수가 이동할 수 있다.

상기 주입구(211)로 주입된 냉각수는 상기 공동(Cv) 및 냉각 유로를 통과하여 상기 배출구(212)로 배출된다.

상기 유로부(P4)는 인접하게 위치한 한 쌍의 모듈 영역(A) 사이의 경계 지점 위치에 대응하여 형성된다. 보다 구체적으로 상기 유로부(P4)는 상기 모듈 영역(A)의 경계 지점에 설치되는 서브 격벽(232)에 대응되는 위치에 형성된다.

도 9에는 상기 도 7의 팩 케이스(200)에서 한 쌍의 모듈 영역(A) 사이를 절단한 단면도와 모듈 영역(A)을 절단한 단면도가 각각 나타나 있다.

상기 도 9(a)를 참조하면, 한 쌍의 모듈 영역(A) 사이 위치를 절단한 팩 케이스(200)의 단면에는 팩 케이스(200)의 폭 방향(d2)을 따라 소정 간격 이격되어 형성된 복수의 분리벽(213)과 상기 분리벽(213) 사이에 형성된 복수의 냉각 유로가 형성되어 있다.

즉, 상기 하나의 유로부(P4)에 포함된 각 냉각 유로는 베이스 플레이트(210)의 내부의 중공에서 소정 간격 이격되도록 형성된 분리벽(213)에 의해 형성된다. 즉, 이웃한 한 쌍의 분리벽(213)에 의해 하나의 냉각 유로가 형성된다.

또한 상기 도 9(b)를 참조하면, 모듈 영역(A) 위치를 절단한 팩 케이스(200)의 단면에는 사이드 프레임(223) 및 메인 격벽(231) 사이에 하나의 공동(Cv)이 형성되어 있다.

도 9(a)의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 냉각 유로와 연결된 도 9(b)의 공동(Cv)에서 합류되고, 상기 공동(Cv)의 넓은 면적을 통해 상기 공동(Cv)에 대응하는 모듈 영역(A)에 안착된 배터리 모듈(B)을 냉각시킨다.

상기 공동(Cv)은 메인 격벽(231)을 기준으로 베이스 플레이트(210)의 양측에 각각 형성되고, 상기 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 모듈 영역(A) 위치에 대응하여 형성된다.

따라서 메인 격벽(231)의 일측에 형성된 공동(Cv) 및 유로부(P4)는 팩 케이스(200)의 길이 방향(d1)을 따라 서로 교대로 형성된다.

도 10에 따르면, 상기 베이스 플레이트(210) 내부는 크게 세 가지 구역으로 구분된다. 즉, 상기 베이스 플레이트(210)는 주입부(P1), 배출부(P3) 및 온도 교환부(P2)를 포함한다.

상기 주입부(P1)는 베이스 플레이트(210)의 전단에 형성되어 상기 주입구(211)와 직접 연통되는 공동(Cv)을 포함한다.

상기 주입구(211)를 통해 주입부(P1)의 공동(Cv)으로 유입된 냉각수는 도 10에 도시된 것처럼 상기 주입부(P1)의 공동(Cv)에 인접한 유로부(P4)의 각 냉각 유로로 분산되어 이동된다.

상기 배출부(P3)는 베이스 플레이트(210)의 후단에 형성되어 상기 배출구(212)와 직접 연통되는 공동(Cv)을 포함한다.

상기 배출부(P3)의 공동(Cv)에 인접한 유로부(P4)의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 배출부(P3)의 공동(Cv)에서 합류되어 상기 배출구(212)를 통해 배출된다.

상기 온도 교환부(P2)는 상기 주입부(P1) 및 배출부(P3) 사이에 위치하고, 각 모듈 영역(A)에 대응되는 위치에 형성된 복수의 공동(Cv)을 포함한다.

상기 온도 교환부(P2)에 포함된 각 공동(Cv)은 이에 대응되는 모듈 영역(A)에 안착된 각 배터리 모듈(B)을 최대한 넓은 멱적을 통해 냉각시킬 목적으로 형성되므로, 모듈 영역(A)의 면적 크기 또는 상기 모듈 영역(A)에 안착된 배터리 모듈(B)의 크기에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.

상기 온도 교환부(P2)에 포함된 어느 하나의 공동(Cv)은 전방 및 후방에 각각 위치한 유로부(P4)의 각 냉각 유로와 모두 연통 된다.

도 10을 참조하면, 상기 공동(Cv)의 전방에 위치한 유로부(P4)의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 공동(Cv)에서 합류되고, 상기 공동(Cv)에서 합류된 냉각수는 상기 공동(Cv)의 후방에 위치한 유로부(P4)의 각 냉각 유로로 분산되어 다음 공동(Cv)까지 이동한다.

(제2 실시형태)

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 냉각수가 유출입하는 주입구(211) 및 배출구(212)가 설치되는 위치에 있어서 상기 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)과 차이가 있다.

제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 베이스 플레이트(210)와 결합되는 전방 프레임(221) 및 후방 프레임(222)이 상기 베이스 플레이트(210)의 전단부 및 후단부에 각각 결합된다.

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도를 나타낸 것이다. 구체적으로 도 11(a)는 베이스 플레이트(210)로부터 냉각 커버(214)가 분리된 것을 나타내고, 도 11(b)는 베이스 플레이트(210)에 상기 냉각 커버(214)가 결합된 것을 나타낸다.

상기 배터리 팩(1000)에 포함된 베이스 플레이트(210)는 전후면이 개방되고, 상기 개방된 전후면으로 상기 개방부를 커버하도록 결합되는 냉각 커버(214)를 포함한다.

상기 냉각 커버(214)는 전방으로 돌출된 돌출부(215)를 더 포함한다.

상기 돌출부(215)에는 냉각수가 유출입 되는 주입구(211) 또는 배출구(212)가 형성된다.

상기 주입구(211) 및 상기 주입구(211)와 연통되는 배출구(212)는 베이스 플레이트(210) 상에서 서로 대각선 방향에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 주입구(211)를 포함하고 베이스 플레이트(210)의 전단에 위치한 냉각 커버(214)에 포함된 돌출부(215)와 상기 주입구(211)와 연통되는 배출구(212)를 포함하고 베이스 플레이트(210)의 후단에 위치한 냉각 커버(214)에 포함된 돌출부(215)는 서로 대각선 방향이 되도록 위치한다.

도 11을 참조하면, 베이스 플레이트(210)의 전단에 위치한 냉각 커버(214)의 돌출부(215)는 냉각 커버(214)의 양단부 중 메인 격벽(231)에 근접한 일측 단부에 형성되고, 상기 냉각 커버(214)에 대향하고 베이스 플레이트(210)의 후단에 위치한 냉각 커버(214)의 돌출부(215)는 냉각 커버(214)의 양단부 중 사이드 프레임(223)에 근접한 일측 단부에 형성된다.

도 12는 상기 돌출부(215)가 포함된 냉각 커버(214)의 일부를 나타낸 것으로, 상기 냉각 커버(214)로부터 돌출된 돌출부(215)는 상부에 주입구(211)가 형성되어 있고, 내부는 비어있는 중공 형태이다. 또한 상기 내부의 중공은 일측으로 개방되고 상기 주입구(211)를 통해 유입된 냉각수는 상기 개방된 돌출부(215)의 일측을 통해 상기 냉각 커버(214)와 결합된 베이스 플레이트(210) 내부로 이동한다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: (종래기술) 상부 커버
20: (종래기술) 베이스 플레이트
30: (종래기술) 측벽
40: (종래기술) 주입구
50: (종래기술) 배출구
60: (종래기술) 보조 주입구
70: (종래기술) 호스
80: (종래기술) 유로
1000: 배터리 팩
100: 상부 커버
200: 팩 케이스
210: 베이스 플레이트
211: 주입구
211a: 제1 주입구
211b: 제2 주입구
212: 배출구
212a: 제1 배출구
212b: 제2 배출구
213: 분리벽
214: 냉각 커버
214a: 제1 냉각 커버
214b: 제2 냉각 커버
215: 돌출부
221: 전방 프레임
222: 후방 프레임
223: 사이드 프레임
230: 격벽
231: 메인 격벽
232: 서브 격벽
A: 모듈 영역
A1: 제1 모듈 영역
A2: 제2 모듈 영역
B: 배터리 모듈
Ct: 냉각수 이동 경로
Cv: 공동
d1: 팩 케이스 길이 방향
d2: 팩 케이스 폭 방향
P1: 주입부
P2: 온도 교환부
P3: 배출부
P4: 유로부

Claims

배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩으로서,
배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스를 포함하고,
상기 팩 케이스는,
배터리 모듈의 하부를 지지하고 냉각수가 저장되는 복수의 공동이 내부에 형성된 중공 형태의 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합된 측벽; 및
각 배터리 모듈이 안착되는 모듈 영역을 구획하도록 상기 베이스 플레이트와 결합되는 격벽; 을 포함하고,
상기 격벽은,
팩 케이스의 중심부를 가로지르도록 연장 형성된 메인 격벽; 을 포함하고,
상기 베이스 플레이트는,
냉각수가 유출입 가능하고, 상기 공동과 연통되는 주입구 및 배출구를 양단부에 각각 포함하고,
인접하게 위치한 한 쌍의 공동 사이에서, 상기 공동이 서로 연통되도록 연결하는 복수의 냉각 유로를 포함하는 유로부를 내부에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 주입구로 주입된 냉각수는 상기 공동 및 냉각 유로를 통과하여 상기 배출구로 배출되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 공동은 팩 케이스의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는,
베이스 플레이트의 전단에 형성되어 상기 주입구와 직접 연통되는 공동을 포함하는 주입부,
베이스 플레이트의 후단에 형성되어 상기 배출구와 직접 연통되는 공동을 포함하는 배출부 및
각 모듈 영역에 대응되는 위치에 형성된 복수의 공동을 포함하는 온도 교환부를 포함하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 온도 교환부에 포함되는 각 공동은 상기 모듈 영역의 면적 크기에 대응하여 형성되는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 온도 교환부에 포함된 어느 하나의 공동은 상기 공동의 양단에 각각 위치한 유로부에 포함된 각 냉각 유로와 모두 연통되고,
상기 공동의 전단에 위치한 유로부의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 공동에서 합류되고,
상기 공동에서 합류된 냉각수는 상기 공동의 후단에 위치한 유로부의 각 냉각 유로로 분산되어 이동하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 주입구를 통해 주입부의 공동으로 유입된 냉각수는 상기 주입부의 공동에 인접한 유로부의 각 냉각 유로로 분산되어 이동하고,
상기 배출부의 공동에 인접한 유로부의 각 냉각 유로를 통해 이동한 냉각수는 상기 배출부의 공동에서 합류되어 상기 배출구를 통해 배출되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 공동 및 유로부는 팩 케이스의 길이 방향을 따라 교대로 형성되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 팩 케이스는, 양단이 상기 메인 격벽 및 측벽과 결합되고 이웃한 한 쌍의 배터리 모듈 사이를 분리하도록 베이스 플레이트와 결합되는 서브 격벽; 을 더 포함하고,
상기 유로부는 상기 서브 격벽에 대응되는 위치에 포함되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 유로부는 복수의 냉각 유로를 포함하고,
상기 유로부에 포함된 냉각 유로는 팩 케이스의 폭 방향을 따라 나란히 배열되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는,
전단에 한 쌍의 주입구를 포함하고,
후단에 상기 각 주입구에 연통되는 한 쌍의 배출구를 포함하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 주입구는,
상기 제1 모듈 영역이 위치한 메인 격벽의 일측에 형성된 제1 주입구, 및
상기 제2 모듈 영역이 위치한 메인 격벽의 타측에 형성된 제2 주입구를 포함하고,
상기 배출구는,
상기 메인 격벽의 일측에서 상기 제1 주입구에 연통되는 제1 배출구, 및
상기 메인 격벽의 타측에서 상기 제2 주입구에 연통되는 제2 배출구를 포함하고,
상기 제1 주입구는 메인 격벽의 일측에서 상기 제1 배출구에 대해 대각선 방향에 설치되고,
상기 제2 주입구는 메인 격벽의 타측에서 상기 제2 배출구에 대해 대각선 방향에 설치되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 전후면이 개방되고,
상기 개방된 전후면에 결합되는 냉각 커버를 포함하는 배터리 팩.
제13항에 있어서,
상기 냉각 커버는 전방으로 돌출되고, 중공 형태를 갖는 돌출부를 더 포함하고,
상기 주입구 및 배출구는 상기 팩 케이스의 전후방에 결합된 상기 냉각 커버의 돌출부에 설치되는 배터리 팩.