KR101538634B1 - 전기자동차용 배터리모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차용 배터리모듈에 관한 것으로, 외부 몸체를 이루는 외부케이스(3); 상기 외부케이스(3) 내에 병렬로 배치되는 복수의 전지셀(5); 상기 전지셀(5)에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 복수의 방열수단(7); 및 설치 시 팽창함으로써 복수의 상기 전지셀(5)과 복수의 상기 방열수단(7)을 상기 외부케이스(3)의 내부에 고정시키는 적어도 하나 이상의 고정수단(9);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서, 발포체의 발포 팽창력에 의해 복수의 전지셀과 방열수단을 외부케이스 내에 고정하므로, 복수의 전지셀과 방열수단의 설치에 필요한 부품의 수나 중량은 물론, 설치 작업의 공수 및 시간을 크게 줄일 수 있게 된다. 또한, 공냉식 또는 수냉식 냉각방식에 의해 방열수단에 의한 전지셀의 방열성능을 높이므로, 방열성능이나 내구수명 등 배터리모듈의 품질 향상을 도모할 수 있게 된다.

Description

전기자동차용 배터리모듈{Battery Module For an Electric Vehicle}

본 발명은 전기자동차용 배터리모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지셀이나 방열수단을 외부케이스에 고정하는 고정구조가 간단하고 방열수단에 의한 전지셀의 방열성능이 향상된 전기자동차용 배터리모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차는 동력원으로서 전원을 공급하기 위해 대용량의 배터리가 사용된다.

이러한 대용량의 배터리는 도 1에 도면부호 201로 도시된 바와 같이, 전기를 만드는 복수의 전지셀(205)이 직렬 연결된 상태로 적층 배열되며, 각각의 전지셀(205)은 외곽의 고정프레임(203)이 가압 밀착된 상태로 장볼트(204)에 의해 체결됨으로써 일체로 고정된다.

그런데, 위와 같은 종래의 배터리(201)는 고정프레임(203)의 모서리에 체결되는 각각의 장볼트(204)에 일일이 너트를 체결하여야 하고, 너트와 장볼트(204)의 체결력을 균일하게 유지하기가 어렵기 때문에, 조립 작업이 번거롭고 조립 공수가 늘어나는 문제점이 있었다.

더욱이, 장볼트(204)와 너트의 체결력이 과도한 경우 고정프레임(203)이 파손될 수 있으며, 반대로 체결력이 약한 경우에는 전지셀(205)이 유동하면서 단락이나 단선을 일으켜 전지셀(205)의 성능을 저하시키는 문제점도 있었다.

또한, 위와 같은 볼트 너트 결합방식의 문제점을 해결하기 위해 별도의 커버나 카트리지를 이용하여 전지셀을 고정하는 경우, 이들 커버나 카트리지로 인해 배터리의 중량이 증대되고, 조립 부품 및 공수가 늘어나며, 이로 인해 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

더욱이, 전지셀을 고정하기 위해 커버나 카트리지를 사용하게 되면, 그만큼 전지셀 또는 방열판 등이 외기와 접촉할 수 있는 면적이나 기회가 줄어들기 때문에, 전지셀에 대한 방열효율이 급격히 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 전기자동차용 배터리가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 복수의 전지셀과 방열수단을 교대로 중첩 배열하여 고정함에 있어, 고정수단의 구성을 최소화하여 전지셀과 방열수단의 고정작업 효율을 향상시킴과 동시에, 방열수단에 의한 전지셀의 방열성능을 향상시키고자 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부 몸체를 이루는 외부케이스; 상기 외부케이스 내에 병렬로 배치되는 복수의 전지셀; 상기 각각의 전지셀과 상기 각각의 전지셀에 인접한 전지셀 사이에 개재되어 상기 전지셀에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 복수의 방열수단; 및 어느 하나의 상기 전지셀 또는 상기 방열수단과 상기 전지셀 또는 상기 방열수단에 인접한 다른 하나의 상기 방열수단 또는 상기 전지셀 사이에 개재되어 하나의 단위모듈을 형성하면서, 설치 시 팽창함으로써 복수의 상기 전지셀과 복수의 상기 방열수단을 상기 외부케이스의 내부에 고정시키는 적어도 하나 이상의 고정수단;을 포함하여 이루어지는 전기자동차용 배터리모듈을 제공한다.

또한, 상기 외부케이스의 일측에 입구가, 타측에 출구가 개방된 유로를 형성하되, 상기 복수의 방열수단 각각의 적어도 일부분이 상기 유로 상에 노출되어 상기 유로를 통과하는 외기에 의해 방열되도록 하는 통기관;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 통기관은 상기 단위모듈이 지지되는 상기 외부케이스의 바닥판에 설치되며, 상기 복수의 방열수단은 하단이 상기 바닥판을 관통하여 상기 통기관의 상기 유로 중에 노출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 방열수단 각각의 적어도 일부분과 접촉하도록 상기 외부케이스 내에 설치되어, 상기 복수의 방열수단이 접촉부분에서의 열전도에 의해 방열되도록 하는 수조;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수조는 상기 각각의 단위모듈과 상기 각각의 단위모듈에 인접한 단위모듈 사이에 개재되어 설치되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 수조는, 상기 단위모듈을 구성하는 일측의 단위모듈 및 타측의 단위모듈 사이에서 복수의 상기 방열수단 및 상기 전지셀의 배열방향과 직각상태로 상기 외부케이스의 내부에 설치되어 상기 일측 단위모듈의 전방단 및 상기 타측 단위모듈의 후방단과 각각 접촉되면서 열전도에 의해 방열을 실시하도록 구성되는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 수조는 상단 일측에 입수구가, 상기 입수구와 대향한 상단 타측에 출수구가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수조는 상기 입수구로부터 유입된 냉각수가 상기 수조 전체로 분산되었다가 상기 출수구로 모여 유출되도록 유도하는 안내격벽을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 상기 전지셀 둘레에 직간접적으로 접촉하여, 각각의 상기 전지셀의 내부에서 발생되는 열을 방출시키는 복수의 열전도관; 및 상기 복수의 열전도관과 유체 연결되도록 상기 외부케이스 내에 설치되어, 상기 열전도관을 흐르는 냉각수를 통해 상기 열전도관과 열교환하는 수조;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수조는, 상기 전지셀의 하단 측에 배치되는 상태로 상기 외부케이스의 내에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 상기 전지셀의 입출력 단자와 각각의 상기 열전도관의 입출단을 노출시킨 상태에서, 각각의 상기 전지셀을 상기 열전도관과 함께 둘러싸는 밀봉수단;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 밀봉수단은 상기 전지셀의 내장을 위해 주머니형태로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밀봉수단은, 상기 전지셀을 둘러싸 밀봉하는 1차 밀봉부재; 상기 1차 밀봉부재 위에 감긴 상기 열전도관을 상기 1차 밀봉부재와 함께 둘러싸 밀봉하는 2차 밀봉부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이렇게 구성될 경우, 상기 열전도관은, 상기 2차 밀봉부재에 둘러싸여서 밀봉된 상태로 상기 1차 밀봉부재를 통해 상기 전지셀에 간접적으로 접촉된다.

또한, 상기 밀봉수단은 비닐, 상기 전지셀의 열을 상기 열전도관으로 전달하는 열전도성 금속재가 부가된 메탈라이즈드 비닐, 또는 금속성 박막재 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속성 박막재는 알루미늄, 동, 또는 마그네슘 중 어느 하나로 된 금속성 포일로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정수단은 복수의 상기 전지셀과 복수의 상기 방열수단을 상기 외부케이스의 내주면에 대해 가압하여 고정시키는 발포체인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포체는 우레탄 발포폼인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포체는 열전도성 필러를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전도성 필러는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 동, 또는 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포체는 상기 전지셀과 동일한 평면 형상을 갖도록 발포되어 팽창하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정수단은 상기 단위모듈과 상기 외부케이스 사이에 개재되어, 상기 단위모듈을 상기 외부케이스 내부에 고정시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정수단은 상기 단위모듈이 둘 이상 열을 지어 배치될 때, 일측의 상기 단위모듈과 상기 일측의 상기 단위모듈에 인접한 타측의 상기 단위모듈 사이에 개재되는 것이 바람직하다.

본 발명의 전기자동차용 배터리모듈에 따르면, 복수의 전지셀과 방열수단 사이에 우레탄 발포폼과 같은 발포체를 개재시키고, 발포체를 발포시킴으로써 발생하는 팽창력에 의해 복수의 전지셀과 방열수단을 외부케이스 내에 고정하고 있으므로, 복수의 전지셀과 방열수단의 설치에 필요한 부품의 수나 중량은 물론, 설치 작업의 공수 및 시간을 크게 줄일 수 있게 된다. 따라서, 배터리모듈의 생산효율성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 아울러, 전기자동차의 출력부담을 줄일 수 있고, 운전소음의 발생을 억제하여 쾌적한 주행 환경을 도모할 수 있게 된다.

또한, 방열수단에 의한 전지셀의 방열성능을 공냉식 또는 수냉식 냉각방식에 의해 배가시키므로, 방열성능이나 내구수명 등 배터리모듈의 품질 향상을 기대할 수 있게 된다.
특히, 수조가 일측의 단위모듈 및 타측의 단위모듈 사이에서 방열수단 및 전지셀의 배열방향과 직각상태로 외부케이스의 내부에 설치될 경우, 즉 단위모듈들 사이에 설치될 경우, 일측 단위모듈의 후방단 및 타측 단위모듈의 전방단이 각각 접촉되므로 전지셀의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 수조에 안내격벽이 마련될 경우, 냉각수가 분산상태로 안내되면서 수조의 내부에 전체적으로 확산되므로 효과적으로 냉각수의 온도를 낮출 수 있다.
이와 달리, 수조가 열전도관이 설치된 전지셀의 하단 측에 배치되어 열전도관과 유체 연결될 경우, 열전도관을 통해 수조의 냉각수를 이용하여 전지셀을 방열할 수 있다.
더 나아가, 전지셀이 주머니형태의 밀봉수단에 의해 밀봉될 경우, 열전도관에서 누설되거나 열전도관의 표면에 결로되는 수분이 전지셀로 옮겨가는 것을 방지할 수 있고, 더욱이 밀봉수단이 메탈라이즈드 비닐이나 금속성 박막재로 구성될 경우 전지셀의 열을 열전도관에 전달할 수 있으며, 덧붙여 밀봉수단의 1차 밀봉부재 및 2차 밀봉부재로 구성될 경우 전지셀을 이중으로 밀봉할 수 있으므로 수밀 및 방열성능을 배가시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리모듈을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 배터리모듈의 사시도.
도 3은 도 2의 평면도.
도 4는 도 3의 AA선 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 배터리모듈의 사시도.
도 6은 도 5의 평면도.
도 7은 도 6의 BB선 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기자동차용 배터리모듈의 전지셀 및 수조를 분해 상태로 부분 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 전지셀이 수조에 중첩하여 연결된 상태를 보인 부분 절단 정면도.
도 10은 도 8에 도시된 전지셀의 다른 실시 형태를 도시한 부분 정단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리모듈을 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 배터리모듈은 실시예의 냉각방식에 따라 공냉식과 수냉식으로 분류할 수 있으며, 도 2 내지 도 4에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 외부케이스(3), 복수의 전지셀(5), 복수의 방열수단(7), 및 고정수단(9)을 포함하여 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 외부케이스(3)는 배터리모듈(1)의 외부 몸체를 이루는 부분으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 위로 개방된 사각형의 상자 형태를 취하는 바, 사방이 외벽(11)으로 둘러싸여지며, 외벽(11)의 하단에는 바닥판(13)이 일체로 결합된다.

이때, 본 발명의 공냉식 실시예에 따른 배터리모듈(1)의 외부케이스(3)는 외벽(11)을 관통하여 통기관(15)이 형성되는데, 이 통기관(15)은 아래에 설명되는 것처럼, 외부케이스(3) 내부로 외기가 통과할 수 있도록 하는 즉, 외부케이스(3) 내부의 통기성을 확보하는 수단으로서, 외기가 외부케이스(3)를 관통하여 유출입될 수 있도록 하는 위치라면 어느 위치에도 설치될 수 있다. 그러나, 통기관(15)은 본 실시예에서와 같이, 외부케이스(3) 하단의 바닥판(13) 상에 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에서 통기관(15)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 외부케이스(3)의 바닥판(13) 일측에 입구(17)가, 그 반대쪽 타측에 출구(19)가 각각 개방된 유로를 형성한다. 이때, 통기관(15)은 유로 또한 다양한 형태 및 방향으로 분기될 수 있으나, 도 2에 도시된 것처럼, 입구(17)와 출구(19)가 동일 직선 상에 위치하는 직선형의 관체로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 통기관(15)은 도 4에 도시된 것처럼, 아래에 설명하는 복수의 방열수단(5) 각각의 적어도 일부분 에컨대, 도면 상 하단이 바닥판(13)을 관통하여 유로(D) 상에 노출되도록 함으로써, 유로(D)를 통과하는 외기에 의해 방열되도록 한다.

상기 복수의 전지셀(5)은 외부 전원에서 공급되는 전기로 충전되거나 반대로 주행에 필요한 전기를 외부로 방전하는 배터리모듈의 핵심 부품으로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 외부케이스(3)의 상단 개구부를 통해 외부케이스(3) 내에 차례로 세워 설치된다. 또한, 각각의 전지셀(5)은 외부케이스(3) 내에 횡으로 나란히 병렬 배치되는 바, 횡으로 일렬씩 복수열로 예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 2열로 배치될 수 있으며, 이때, 각각의 열을 하나의 단위모듈(21,23)로 취급할 수 있다.

상기 복수의 방열수단(7)은 복수의 전지셀(5)에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 부분으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 전지셀(5)과 이 전지셀(5)의 도면 상 좌우로 인접한 전지셀(5) 사이에 개재된다. 이때, 방열수단(7)은 전지셀(5)에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하도록 열전도성이 높은 예컨대, 금속과 같은 소재로 제작되는 바, 전지셀(5)과 전지셀(5) 사이에 개재되는 것이라면 어떤 형태나 크기로도 제작이 가능하나, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 전지셀(5) 전체와 접촉면을 형성하는 판재 형태로 제작되어, 전지셀(5)의 전체면에서 방열이 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 방열수단(7)은 방열 성능을 높이기 위해 도 4에 도시된 것처럼, 그 상단이 전지셀(5)보다 위로 연장되어 외부케이스(3)의 상단 측으로 노출된다. 특히, 본 발명에 따른 방열수단(7)은 도 4에 도시된 바와 같이, 그 하단이 바닥판(13)을 관통하여 통기관(15)의 유로(D) 상에 노출되는 바, 이 통기관(15)을 통과하는 외기에 의해 하단 부분에서의 방열이 더욱 효과적으로 이루어진다.

상기 고정수단(9)은 위와 같은 전지셀(5)이나 방열수단(7)을 외부케이스(3) 내에 고정시키는 수단으로서, 전지셀(5)이나 방열수단(7)을 외부케이스(3)에 대해 고정할 수 있는 것이면 예컨대, 카트리지 또는 커버 등 어떤 종류의 체결수단도 채용이 가능하다. 그러나, 본 실시예에서는 위와 같은 카트리지나 커버 등 별도의 체결부재를 최소화하기 위해 전지셀(5)과 방열수단(7)의 체결수단으로서, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 발포체를 채용한다.

이 발포체 고정수단(9)은 복수의 전지셀(5)과 복수의 방열수단(7)을 외부케이스(3)의 내주면에 대해 가압하여 고정하는데, 이를 위해 어느 하나의 전지셀(5) 또는 방열수단(7)과 이들 전지셀(5) 또는 방열수단(7)에 인접한 다른 하나의 방열수단(7) 또는 전지셀(5) 사이에 개재된다. 따라서, 발포체 고정수단(9)은 배터리모듈(1) 조립 시, 복수의 전지셀(5) 및 방열수단(7)과 함께 외부케이스(3) 내에 배치된 상태에서 발포되어 팽창함으로써, 이들 복수의 전지셀(5) 및 방열수단(7)을 외부케이스(3) 내주면에 대해 가압하여 외부케이스(3) 내에 고정한다. 이때, 본 실시예의 경우 고정수단(9)은 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 이웃한 2 개의 방열수단(7)들 사이에 개재됨으로써, 발포 팽창한 때 복수의 전지셀(5) 및 방열수단(7)을 외부케이스(3)에 고정하는 데, 발포체로는 우레탄 발포폼을 사용하는 것이 바람직하며, 발포체로 인해 전지셀(5)과 방열수단(7) 사이의 열전달 효율이 저하되지 않도록 발포체에 열전도성 필러를 포함시키는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 열전도성 필러로는 탄소나노튜브(CNT), 탄소섬유, 동, 또는 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다. 더욱이, 발포체는 발포되어 팽창한 뒤에도 전지셀(5) 벽면 전체와 접촉할 수 있도록 즉, 전지셀(5)과 동일한 평면 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 고정수단(9)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 인접한 두 개의 방열수단(7) 사이에 개재되어 팽창함으로써 일렬로 배열된 복수의 전지셀(5) 및 방열수단(7)과 함께 하나의 단위모듈(21,23)을 형성하는 바, 별도로 도시하지 않았지만, 단위모듈(21)과 단위모듈(23) 사이에 개재될 수 있으며, 각각의 단위모듈(21) 및 단위모듈(23)과 외부케이스(3) 내주면 사이에 개재될 수도 있다.

한편, 본 발명의 수냉식 실시예에 따른 배터리모듈(1)은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 방열 수조(25)를 더 포함하는 바, 이 수조(25)를 제외한 나머지 구성은 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 배터리모듈(1)의 구성과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

여기에서, 상기 수조(25)는 수냉식 배터리모듈(1)에서 전지셀(5)의 냉각에 사용되는 냉각수를 공급하는 수단으로서, 외부케이스(3) 내에 설치되어 복수의 방열수단(7) 각각의 적어도 일부분과 접촉함으로써, 방열수단(7)을 통해 각각의 전지셀(5)로부터 열을 빼앗도록 되어 있다. 이때, 수조(25)는 각각의 방열수단(7)과 접촉할 수 있다면 어떤 위치 및 형태로도 제작이 가능한 바, 도 5 및 도 6에 도시된 본 실시예에서와 같이, 단위모듈(21)과 단위모듈(23) 사이에서 복수의 방열수단(7) 및 전지셀(5)의 배열방향과 직각으로 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 경우 각각의 방열수단(7)은 도 6에 도시된 것처럼, 앞쪽(일측) 단위모듈(21)의 경우 후방단이, 뒤쪽(타측) 단위모듈(23)의 경우 전방단이 각각 수조(25)와 접촉하며, 접촉부분에서의 열전도에 의해 열방출된다.

또한, 각각의 수조(25)는 배터리모듈(1)의 구조적인 속성으로 인해 냉각수를 공급하는 입수구(35)가 상단 일측에 형성되고, 냉각수를 배출하는 출수구(37)도 입수구(35) 대향측의 상단 타측에 각각 형성되어 냉각수를 순환시키도록 되어 있다. 이때, 입수구(35)로 유입된 냉각수가 인접한 출수구(37)를 통해 곧바로 배출되는 것을 방지하기 위해, 수조(25)는 도 7에 도시된 바와 같이, 내주면 상에 복수의 안내격벽(27)이 형성되는 바, 각각의 안내격벽(27)은 좌우로 연장되어 수조(25) 내에 하나 이상의 안내유로(F)를 형성한다. 따라서, 안내격벽(27)은 입수구(35)로부터 유입된 냉각수를 안내유로(F)를 따라 유도하여 수조(25) 전체로 분산시키며, 분산 후 출수구(37)로 다시 모이게 하여 출수구(37)를 통해 외부의 냉각수원으로 유출되도록 한다.

한편, 전술한 상기 배터리모듈(1)은 전술한 바와 같이 냉각수를 공급하는 상기 수조(25)가 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 전지셀(5)의 하부에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 배터리모듈(1)은 이와 같은 상기 수조(25)에 도시된 바와 같이 일측이 연결되고, 타측이 전지셀(5)의 둘레에 감겨진 열전도관(29)이 구비됨에 따라 열전도관(29)을 통해 수조(25)의 냉각수와 열교환(열전도)되면서 방열을 실시할 수 있다. 이때, 상기 열전도관(29)은 각각의 전지셀(5)을 개별 냉각하는 수단으로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 각각의 전지셀(5) 둘레에 감겨 직접적으로 또는 도 10에 도시된 것처럼 밀봉부재(41-1)를 통해 간접적으로 접촉함으로써, 각각의 전지셀(5) 내부에서 발생되는 열을 흡수하여 수조(25)를 통해 방출한다. 이를 위해 각각 열전도관(29)은 도 8에 도시된 것처럼, 역U자 형태로 전지셀(5)에 감겨, 입출수단이 전지셀(5) 아래에 배치된 수조(25)에 연결된다.

삭제

상기 수조(25)는 도 5 내지 도 7에 도시된 제2 실시예에 따른 수조(25)와 기능 상 차이가 없으나, 도 8에 도시된 것처럼 역U자 형태의 열전도관(29)을 연결할 수 있도록 외부케이스(3)의 바닥판(13)과 전지셀(5) 사이에 또는 바닥판(13) 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 수조(25)는 열전도관(29)을 흐르는 냉각수를 통해 각각의 전지셀(5)과 열교환되고, 도 8 및 도 9에 도시된 입수구(35)를 통해 외부 급수원으로부터 저온의 냉각수를 공급받으며, 출수구(37)를 통해 고온의 냉각수를 외부로 배수 처리한다.

한편, 본 실시예에 따른 배터리모듈(1)은 각각의 전지셀(5)과 이 전지셀(5)에 감겨 있는 각각의 열전도관(29)을 함께 밀봉하는 밀봉수단(41)을 더 포함하는 바, 이 밀봉수단(41)은 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 전지셀(5)의 입출력 단자(43)와 각각의 열전도관(29)의 입출단을 노출시킨 상태에서, 각각의 전지셀(5)을 열전도관(29)과 함께 둘러싼다.

이와 같이, 밀봉수단(41)은 전지셀(5)과 열전도관(29)을 둘러싸 밀봉하는 바, 진공상태로 밀봉하는 것이 바람직하다. 이러한 밀봉수단(41)은 폴리머 파우치, 즉 비닐로 구성할 수 있으나, 이보다는 전지셀(5)의 열을 상기 열전도관(29)에 전달하는 도전성 금속재가 코팅되거나 부착 또는 증착된 메탈라이즈드 비닐로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 밀봉수단(41)은 일반적인 비닐 보다는 열을 전이하는 메탈라이즈드 비닐로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 밀봉수단(41)은 열을 전달하는 은박이 코팅되거나 부착 또는 증착된 알루미나이즈드 비닐로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 밀봉수단(41)은 주머니 형태를 이루면서 사방이 밀봉되는 금속성 포일로 구성할 수도 있다. 이러한 포일은 예컨대, 알루미늄이나 동 또는 마그네슘으로 제조될 수 있다. 또, 포일은 솔더링이나 브레징 또는 열융착이나 본딩 등과 같은 일반적인 접합방식으로 개봉부위가 밀봉된다. 즉, 밀봉수단(41)은 전술한 비닐이나 메탈라이즈드 비닐 또는 금속성 포일로 한정되지 않으며, 열전도관(29) 및 전지셀(5)을 진공 상태로 밀봉할 수 있으면서 박막재로 구성되어 파우치 기능을 수행할 수 있다면 어떠한 것이든 적용이 가능하다.

한편, 밀봉수단(41)에 의해 밀봉되는 전지셀(5) 및 열전도관(29)은 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 패킹을 이루며, 이웃한 패킹들과 병렬로 밀착되어 하나의 단위모듈(21,23)을 형성한다. 이때, 각각의 밀봉수단(41)은 다시 도 10에 도시된 것처럼, 1차 밀봉부재(41-1)와 2차 밀봉부재(41-2)로 나뉘어 이중 포장될 수 있다.

여기에서, 1차 밀봉부재(41-1)는 도 10에 도시된 것처럼, 전지셀(5)을 직접 접촉하여 둘러싸는 밀봉수단으로서, 열전도관(29)을 패킹에서 제외하고 있는 것을 빼면 위에서 설명한 밀봉수단(41)과 동일하므로, 부가 설명은 생략한다. 또한, 2차 밀봉부재(41-2)도 도 10에 도시된 것처럼, 1차 밀봉부재(41-1)를 열전도관(29)과 함께 둘러싸 밀봉하는 밀봉수단으로서, 열전도관(29)을 감은 1차 밀봉부재(41-1)를 둘러싸 밀봉하는 바, 위에서 설명한 밀봉수단(41)과 동일하므로, 부가적인 설명을 생략한다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 배터리모듈(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배터리모듈(1)은 외부케이스(3) 내에 복수의 전지셀(5)과 방열수단(7)을 교대로 중첩 배치하여 조립함에 있어, 전지셀(5)과 전지셀(5) 사이에, 방열수단(7)과 방열수단(7) 사이에, 전지셀(5)과 방열수단(7) 사이에, 전지셀(5)과 외부케이스(3) 사이에, 또는 방열수단(7)과 외부케이스(3) 사이에 발포체와 같은 고정수단(9)을 개재시킨 다음, 발포 팽창시킴으로써 팽창력에 의해 전지셀(5) 또는 방열수단(7)을 외부케이스(3) 내주면에 대해 가압하여 외부케이스(3) 내에 고정하게 된다. 이때, 발포체 고정수단(9)에 탄소나노튜브와 같은 열전도성 필러가 첨가되어 있는 경우에는 고정수단(9) 자체만으로도 인접한 전지셀(5)이나 방열수단(7)의 방열을 도울 수 있게 된다.

또한, 위와 같이 외부케이스(3) 내에 고정된 전지셀(5)은 전지셀(5)에 밀착된 방열수단(7)에 의해 열을 빼앗겨 냉각된다. 이때, 도 2 내지 도 4에 도시된 공냉식 배터리모듈(1)의 경우, 방열수단(7)의 하단이 도 4에 도시된 것처럼, 외부케이스(3) 하단의 통기관(15) 유로(D) 상에 노출되고, 통기관(15)을 통해 외기가 유동하므로, 방열수단(7)에 의한 방열효율을 배가시킬 수 있게 된다.

한편, 도 5 내지 도 7에 도시된 수냉식 배터리모듈(1)의 경우에도 위 실시예에서와 같이, 전지셀(5), 방열수단(7), 또는 외부케이스(3) 사이에 개재되는 고정수단(9)에 의해 전지셀(5)과 방열수단(7)을 외부케이스(3) 내에 고정하는 바, 선택에 따라 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 단위모듈(21)과 단위모듈(23) 사이에 또는 단위모듈(21,23)과 외부케이스(3) 사이에 수조(25)를 설치함으로써, 방열수단(7)에 의한 전지셀(5)의 방열효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 이를 위해, 각각의 방열수단(7)은 도 6에 도시된 것처럼, 적어도 일측의 모서리가 수조(25)와 접촉하여 열교환을 하도록 되어 있다.

아울러, 수조(25)는 원활한 열교환 성능을 유지하기 위해, 내부에 충진된 냉각수를 주기적으로 교체하여야 하며, 이를 위해 입수구(35)를 통해 외부의 냉각수원으로부터 저온의 냉각수가 공급되고, 수조(25)에 있는 고온의 냉각수는 출수구(37)를 통해 외부로 배수 처리된다. 이때, 배터리모듈(1)의 구조적인 한계 상 입수구(35)와 출수구(37)가 수조(25)의 상변에 나란히 배치되어 있지만, 수조(25) 내부의 안내격벽(27)이 입수구(35)를 통해 유입된 냉각수를 수조(25) 내부 전체로 확산시키므로, 효과적으로 냉각수 온도를 낮출 수 있게 된다.

한편, 도 8 내지 도 10에 도시된 또 다른 수냉식 배터리모듈(1)의 경우에는 각각의 전지셀(5)을 열전도관(29)에 의해 개별적으로 냉각하도록 되어 있는 바, 전지셀(5) 아래에 배치된 수조(25)에 의해 열전도관(29)에 냉각수를 공급하며, 냉각수를 공급 받은 각각의 열전도관(29)은 각각의 전지셀(5)과 일대일로 열교환하여 전지셀(5)로부터 열을 빼앗는다.

이때, 각각의 전지셀(5)은 열전도관(29)과 함께 밀봉수단(41)에 의해 둘러싸여져 있으므로, 열전도관(29)에서 누설되거나 열전도관(29) 표면에 결로되는 수분이 다른 전지셀(5)로 옮겨가는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 밀봉수단(41)이 열전도성 재질로 되어 있는 경우, 수분을 밀봉하는 효과 이외에 열전도관(29)의 방열효율을 증진시키는 효과가 있으므로, 배터리 모듈(1)의 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다. 아울러, 밀봉수단(41)이 1차 밀봉부재(41-1)와 2차 밀봉부재(41-2)에 의해 이중으로 되어 있는 경우, 위와 같은 수밀 및 방열 성능을 배가시킬 수 있게 된다.

1 : 배터리모듈 3 : 외부케이스
5 : 전지셀 7 : 방열수단
9 : 고정수단 11 : 외벽
13 : 바닥판 15 : 통기관
17 : 입구 19 : 출구
21, 23 : 단위모듈 25 : 수조
27 : 안내격벽 29 : 열전도관
35 : 입수구 37 : 출수구
41 : 밀봉수단 41-1 : 1차 밀봉부재
41-2 : 2차 밀봉부재 43 : 단자
D : 유로

Claims (10)

1. 외부 몸체를 이루는 외부케이스(3);
   상기 외부케이스(3) 내에 병렬로 배치되는 복수의 전지셀(5);
   상기 각각의 전지셀(5)과 상기 각각의 전지셀(5)에 인접한 전지셀(5) 사이에 개재되어 상기 전지셀(5)에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 복수의 방열수단(7); 및
   어느 하나의 상기 전지셀(5) 또는 상기 방열수단(7)과 상기 전지셀(5) 또는 상기 방열수단(7)에 인접한 다른 하나의 상기 방열수단(7) 또는 상기 전지셀(5) 사이에 개재되어 하나의 단위모듈(21,23)을 형성하면서, 설치 시 팽창함으로써 복수의 상기 전지셀(5)과 복수의 상기 방열수단(7)을 상기 외부케이스(3)의 내부에 고정시키는 적어도 하나 이상의 고정수단(9);을 포함하고,
   상기 복수의 방열수단(7) 각각의 적어도 일부분과 접촉하도록 상기 외부케이스(3) 내에 설치되어, 상기 복수의 방열수단(7)이 접촉부분에서의 열전도에 의해 방열되도록 하는 수조(25);를 더 포함하며,
   상기 고정수단(9)은 복수의 상기 전지셀(5)과 복수의 상기 방열수단(7)을 상기 외부케이스(3)의 내주면에 대해 가압하여 고정시키는 발포체인 것을 특징으로 하고,
   상기 발포체는 우레탄 발포폼인 것을 특징으로 하며,
   상기 발포체는 열전도성 필러를 더 포함하고,
   상기 열전도성 필러는 탄소나노튜브(CNT), 탄소섬유, 동, 또는 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
   상기 수조(25)는,
   상기 단위모듈(21,23)을 구성하는 일측의 단위모듈(21) 및 타측의 단위모듈(23) 사이에서 복수의 상기 방열수단(7) 및 상기 전지셀(5)의 배열방향과 직각상태로 상기 외부케이스(3)의 내부에 설치되어 상기 일측 단위모듈(21)의 후방단 및 상기 타측 단위모듈(23)의 전방단과 각각 접촉되면서 열전도에 의해 방열을 실시하는 것을 특징으로 하며,
   상기 수조(25)는,
   냉각수를 분산상태로 안내하는 적어도 하나의 안내유로(F)를 내부에 제공하여 냉각수를 내부에 확산시키는 안내격벽(27);을 더 포함하는 전기자동차용 배터리모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부케이스(3)의 일측에 입구(17)가, 타측에 출구(19)가 개방된 유로(D)를 형성하되, 상기 복수의 방열수단(7) 각각의 적어도 일부분이 상기 유로(D) 상에 노출되어 상기 유로(D)를 통과하는 외기에 의해 방열되도록 하는 통기관(15);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리모듈.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 통기관(15)은 상기 단위모듈(21,23)이 지지되는 상기 외부케이스(3)의 바닥판(13)에 설치되며, 상기 복수의 방열수단(7)은 하단이 상기 바닥판(13)을 관통하여 상기 통기관(15)의 상기 유로(D) 중에 노출되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리모듈.
4. 삭제
5. 외부 몸체를 이루는 외부케이스(3);
   상기 외부케이스(3) 내에 병렬로 배치되는 복수의 전지셀(5);
   상기 각각의 전지셀(5)과 상기 각각의 전지셀(5)에 인접한 전지셀(5) 사이에 개재되어 상기 전지셀(5)에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 복수의 방열수단(7); 및
   어느 하나의 상기 전지셀(5) 또는 상기 방열수단(7)과 상기 전지셀(5) 또는 상기 방열수단(7)에 인접한 다른 하나의 상기 방열수단(7) 또는 상기 전지셀(5) 사이에 개재되어 하나의 단위모듈(21,23)을 형성하면서, 설치 시 팽창함으로써 복수의 상기 전지셀(5)과 복수의 상기 방열수단(7)을 상기 외부케이스(3)의 내부에 고정시키는 적어도 하나 이상의 고정수단(9);을 포함하고,
   각각의 상기 전지셀(5) 둘레에 직간접적으로 접촉하여, 각각의 상기 전지셀(5)의 내부에서 발생되는 열을 방출시키는 복수의 열전도관(29); 및
   상기 복수의 열전도관(29)과 유체 연결되도록 상기 외부케이스(3) 내에 설치되어, 상기 열전도관(29)을 흐르는 냉각수를 통해 상기 열전도관(29)과 열교환하는 수조(25);를 더 포함하며,
   각각의 상기 전지셀(5)의 입출력 단자(43)와 각각의 상기 열전도관(29)의 입출단을 노출시킨 상태에서, 각각의 상기 전지셀(5)을 상기 열전도관(29)과 함께 둘러싸는 밀봉수단(41);을 더 포함하고,
   상기 고정수단(9)은 복수의 상기 전지셀(5)과 복수의 상기 방열수단(7)을 상기 외부케이스(3)의 내주면에 대해 가압하여 고정시키는 발포체인 것을 특징으로 하며,
   상기 발포체는 우레탄 발포폼인 것을 특징으로 하고,
   상기 발포체는 열전도성 필러를 더 포함하며,
   상기 열전도성 필러는 탄소나노튜브(CNT), 탄소섬유, 동, 또는 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
   상기 수조(25)는,
   상기 전지셀(5)의 하단 측에 배치되는 상태로 상기 외부케이스(3)의 내에 설치되며,
   상기 밀봉수단(41)은,
   상기 전지셀(5)의 내장을 위해 주머니형태로 구성되되, 폴리머 비닐이나 상기 전지셀의 열을 상기 열전도관으로 전달하는 열전도성 금속재가 부가된 메탈라이즈드 비닐 또는 금속성 박막재 중 어느 하나에 의해 주머니형태로 구성되는 것을 특징으로 하고,
   상기 밀봉수단(41)은,
   상기 전지셀(5)을 둘러싸 밀봉하는 1차 밀봉부재(41-1); 및
   상기 1차 밀봉부재(41-1) 위에 감긴 상기 열전도관(29)을 상기 1차 밀봉부재(41-1)와 함께 둘러싸 상기 전지셀(5)을 2차적으로 밀봉하는 2차 밀봉부재(41-2);를 포함하며,
   상기 열전도관(29)은,
   상기 2차 밀봉부재(41-2)에 둘러싸여서 밀봉된 상태로 상기 1차 밀봉부재(41-1)를 통해 상기 전지셀(5)에 간접적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리모듈.
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