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KR101679982B1 - 배터리 장치 - Google Patents

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KR101679982B1
KR101679982B1 KR1020150129892A KR20150129892A KR101679982B1 KR 101679982 B1 KR101679982 B1 KR 101679982B1 KR 1020150129892 A KR1020150129892 A KR 1020150129892A KR 20150129892 A KR20150129892 A KR 20150129892A KR 101679982 B1 KR101679982 B1 KR 101679982B1
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KR
South Korea
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battery
housing
battery housing
battery module
heat
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Inventor
임해규
최용환
전윤철
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Priority to US14/950,939 priority patent/US20170077567A1/en
Priority to DE102015121221.8A priority patent/DE102015121221A1/de
Priority to CN201510896612.8A priority patent/CN106532174B/zh
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Abstract

본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되어 열 교환하는 복수의 플레이트를 구비하는 배터리모듈과; 상기 배터리모듈을 수용하고, 상기 복수의 플레이트가 외부로 돌출되도록 개구된 고정홀이 형성된 배터리하우징과; 복수의 플레이트가 고정 삽입되는 복수의 배출홈이 형성되고, 상기 배터리하우징을 밀폐시키며 상기 플레이트의 열을 배출하는 히트싱크로 구성되어, 배터리모듈의 실링 구조로 습도 발생을 저하시켜 강건성과 안전성을 향상시킴으로써 제품 신뢰도를 높이고, 간접냉각을 통해 부피에너지 밀도와 중량에너지밀도를 개선하며, 배터리모듈 단위로 가스 배출 벤팅이 가능하게 하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

배터리 장치{Battery device}
본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로서, 특히 간접냉각 배터리모듈 단위의 실링 성능을 확보하여 습도 관련 신뢰성을 향상시키고 이를 통해 벤팅 성능을 확보할 수 있게 하기 위한 배터리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차의 경우, 배터리 시스템의 신뢰성과 안정성이 전기자동차의 상품성을 결정짓는 가장 중요한 요소로 작용함에 따라, 다양한 외부 온도의 변화에 따른 배터리 성능 저하 방지를 위하여 배터리 시스템의 적정 온도범위인 35~40도를 유지해야 한다.
이를 위해, 일반적인 기후 조건에서는 우수한 방열 성능을 지니면서도 낮은 온도 환경에서는 배터리의 적정 온도를 유지시킬 수 있는 파우치 셀 모듈용 열 제어 시스템이 필요하다.
전기자동차용 배터리의 경우, 고속 충전, 고출력, 반복 충전 횟수 등으로 인해 발생하는 열로 인하여 배터리 셀 간의 국부적인 온도 차이가 발생하거나, 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 서멀 런어웨이(thermal runaway, 열폭주) 현상이 발생하게 되며, 이는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열방출 내지 열확산 능력이 부족하여 초래되는 것으로 알려져 있다.
한편, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 배터리모듈(1)을 부직포 패드로 실링하거나 사이드커버 측을 레이저로 융착(A)하였으나 커버 및 와이어 후조립으로 인해 기밀 성능을 확보하기 어렵고 고온고습의 신뢰성 시험 시 습기가 유입되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2014-0060881
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 배터리 장치에 관한 것으로서, 특히 간접냉각 배터리모듈 단위의 실링 성능을 확보하여 습도 관련 신뢰성을 향상시키고 이를 통해 벤팅 성능을 확보할 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되어 열 교환하는 복수의 플레이트를 구비하는 배터리모듈과; 상기 배터리모듈을 수용하고, 상기 복수의 플레이트가 외부로 돌출되도록 개구된 고정홀이 형성된 배터리하우징과; 복수의 플레이트가 고정 삽입되는 복수의 배출홈이 형성되고, 상기 배터리하우징을 밀폐시키며 상기 플레이트의 열을 배출하는 히트싱크;를 포함함으로써 달성된다.
상기 배터리하우징을 밀폐시키는 하우징커버를 더 포함하고, 상기 배터리하우징 저면에는 개구부가 형성되어 상기 배터리모듈이 삽입되게 하며, 상기 하우징커버는 상기 하우징과 융착되어 상기 개구부를 밀폐하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리모듈은, 상기 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판과; 상기 배터리모듈 양단에 구비되어 상기 배터리모듈을 보호하는 셀커버;가 추가로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 하우징커버는 상기 배터리하우징 내부 온도를 측정하는 온도센서를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리하우징에는 상기 배터리하우징 내부의 기밀을 유지하는 터미널단자가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리하우징에는 가스 배출이 가능하도록 벤팅부가 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 복수의 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀의 열 전달이 용이하도록 알루미늄 재질로 이루어진 복수의 플레이트와, 상기 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판과, 상기 복수의 배터리 셀 양 끝단에 구비되어 상기 배터리 셀을 보호하는 셀커버로 이루어진 된 배터리모듈과; 저면에는 개구부가 형성되어 상기 배터리모듈이 삽입되게 하며, 상기 개구부에는 하우징커버가 레이저를 통해 융착되어 상기 배터리하우징 하부를 밀폐시키고, 상면에는 복수의 고정홀이 형성되어 상기 복수의 플레이트가 외부로 돌출되게 하는 배터리하우징과; 상기 배터리하우징 상면에 위치하되, 복수의 배출홈이 형성되어 상기 복수의 플레이트가 고정 삽입되어 상기 배터리하우징 상부를 밀폐시키며, 상기 플레이트의 열을 배출하는 히트싱크;를 포함함으로써 달성된다.
이상과 같은 본 발명은 배터리모듈의 실링 구조로 습도 발생을 저하시켜 강건성과 안전성을 향상시킴으로써 제품 신뢰도를 높이고, 간접냉각을 통해 부피에너지 밀도와 중량에너지밀도를 개선하며, 배터리모듈 단위로 가스 배출 벤팅이 가능하게 하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 종래의 배터리 장치를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 배터리 장치의 배터리모듈을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 배터리 장치의 배터리모듈에 셀커버가 장착된 상태를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 배터리 장치를 도시하는 분해사시도,
도 5는 본 발명의 배터리 장치를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 배터리 장치를 도시하는 단면도,
도 7은 본 발명의 배터리 장치의 열 전달 및 배출 과정을 도시하는 단면도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 배터리 장치는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(110)과 플레이트(120)로 이루어진 배터리모듈(100)과, 배터리모듈(100)을 수용하는 배터리하우징(200)과, 배터리하우징(200)을 밀폐시키며 플레이트(120)의 열을 배출하는 히트싱크(300)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(100)은 복수의 배터리 셀(110)과, 복수의 배터리 셀(110)들 사이에 배치되어 배터리 셀(110)에서 발생되는 열을 전달하는 복수의 플레이트(120)로 이루어진다.
이때, 플레이트(120)는 열 전달 효율을 향상시키도록 알루미늄 재질로 형성되도록 한다.
또한, 배터리모듈(100)은, 배터리 셀(110) 사이에 구비되어 셀 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판(130)과, 배터리모듈(100) 양단에 구비되어 배터리모듈(100)을 보호하는 셀커버(140)가 추가로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리하우징(200)은 내부에 공간이 형성된 케이스 형상으로 이루어져 배터리모듈(100)을 수용하고, 복수의 플레이트(120)가 외부로 돌출되도록 상면에는 복수의 고정홀(210)이 개구된 형상으로 이루어진다.
또한, 배터리하우징(200)은 배터리하우징(200)을 밀폐시키는 하우징커버(220)를 더 포함하고, 배터리하우징(200) 저면에는 개구부가 형성되어 배터리모듈(100)이 삽입되게 하며, 하우징커버(220)는 하우징과 레이저 플라스틱을 통해 융착되어 개구부를 밀폐시킬 수 있게 한다.
하우징커버(220)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 배터리하우징(200) 내부 온도를 측정하는 온도센서(221)가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 히트싱크(300)는 배터리하우징(200) 상면에 위치하며 복수의 배출홈(310)이 형성되도록 하여 복수의 플레이트(120)가 고정 삽입되어 배터리하우징(200)을 밀폐시키는 동시에 플레이트(120)의 열을 배출할 수 있게 한다.
한편, 배터리하우징(200) 전면에는 배터리하우징(200) 내부의 기밀을 유지하는 러버 일체형 볼트 구조의 터미널단자(230)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 배터리하우징(200) 후면에는 가스 배출이 가능하도록 벤팅부(240)가 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 셀(110)과, 열교환을 통해 간접냉각시키는 알루미늄 재질의 플레이트(120)를 적층하여 배터리모듈(100)을 형성하고, 도 3에 도시된 바와 같이 배터리모듈(100) 양단에 셀커버(140)를 서포트바(150)로 연결하여 면압을 유지하고, 진동 및 충격 내구성을 확보하도록 한다.
이 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 배터리모듈(100)을 배터리하우징(200)에 삽입시켜 플레이트(120)를 상면으로 노출시키고 배터리하우징(200) 하부를 하우징커버(220)와 함께 융착하여 일체화시킨 다음 도 5에 도시된 바와 같이 히트싱크(300)를 배터리하우징(200) 상면에 위치시켜 플레이트(120)와 결합되도록 하여 플레이트(120)의 열을 배출시키는 동시에 배터리하우징(200) 상면을 밀폐시킨다.
또한, 배터리하우징(200) 일면에 형성된 터미널단자(230)에 의해 배터리하우징(200) 내부의 기밀을 유지 정도는 향상시키고, 배터리하우징(200) 타면에 형성된 벤팅부(240)를 통해서는 단방향으로만 가스 배출이 가능하도록 한다.
이처럼, 본 발명은 복수의 배터리 셀(110) 사이에 구비되어 배터리 셀(110)의 열 전달이 용이하도록 알루미늄 재질로 이루어진 복수의 플레이트(120)와, 배터리 셀(110) 사이에 구비되어 배터리 셀(110) 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판(130)과, 복수의 배터리 셀(110) 양 끝단에 구비되어 배터리 셀(110)을 보호하는 셀커버(140)로 이루어진 된 배터리모듈(100)과, 저면에는 개구부가 형성되어 배터리모듈(100)이 삽입되게 하며, 개구부에는 하우징커버(220)가 레이저를 통해 융착되어 배터리하우징(200) 하부를 밀폐시키고, 상면에는 복수의 고정홀(210)이 형성되어 복수의 플레이트(120)가 외부로 돌출되게 하는 배터리하우징(200)과, 배터리하우징(200) 상면에 위치하되, 복수의 배출홈(310)이 형성되어 복수의 플레이트(120)가 고정 삽입되어 배터리하우징(200) 상부를 밀폐시키며, 플레이트(120)의 열을 배출하는 히트싱크(300)로 이루어져 배터리모듈(100)의 실링 구조로 습도 발생을 저하시켜 강건성과 안전성을 향상시킴으로써 제품 신뢰도를 높이고, 간접냉각을 통해 부피에너지 밀도와 중량에너지밀도를 개선하며, 배터리모듈(100) 단위로 가스 배출 벤팅이 가능하게 하여 상품성을 증대시킬 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 배터리모듈 110 : 배터리 셀
120 : 플레이트 200 : 배터리하우징
210 : 고정홀 220 : 하우징커버
300 : 히트싱크 310 : 배출홈

Claims (7)

  1. 복수의 배터리 셀과, 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되어 열 교환하는 복수의 플레이트를 구비하는 배터리모듈과;
    상기 배터리모듈을 수용하고, 상기 복수의 플레이트가 외부로 돌출되도록 개구된 고정홀이 형성된 배터리하우징과;
    복수의 플레이트가 고정 삽입되는 복수의 배출홈이 형성되고, 상기 배터리하우징을 밀폐시키며 상기 플레이트의 열을 배출하는 히트싱크를 포함하되;
    상기 배터리하우징을 밀폐시키는 하우징커버를 더 포함하고, 상기 배터리하우징 저면에는 개구부가 형성되어 상기 배터리모듈이 삽입되게 하며, 상기 하우징커버는 상기 배터리하우징과 융착되어 상기 개구부를 밀폐하고,
    상기 배터리하우징에는 상기 배터리하우징 내부의 기밀을 유지하는 터미널단자가 형성되고,
    상기 히트싱크를 상기 배터리하우징 상면에 위치시켜 상기 플레이트와 결합되도록 하여 상기 배터리하우징이 밀폐된 상태에서 상기 플레이트의 열이 상기 히트싱크를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리모듈은,
    상기 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판과;
    상기 배터리모듈 양단에 구비되어 상기 배터리모듈을 보호하는 셀커버;가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징커버는 상기 배터리하우징 내부 온도를 측정하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리하우징에는 가스 배출이 가능하도록 벤팅부가 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  7. 복수의 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀의 열 전달이 용이하도록 알루미늄 재질로 이루어진 복수의 플레이트와, 상기 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 배터리 셀 접촉 시 열저항을 최소화하는 열제어판과, 상기 복수의 배터리 셀 양 끝단에 구비되어 상기 배터리 셀을 보호하는 셀커버로 이루어진 된 배터리모듈과;
    저면에는 개구부가 형성되어 상기 배터리모듈이 삽입되게 하며, 상기 개구부에는 하우징커버가 레이저를 통해 융착되어 하부를 밀폐시키고, 상면에는 복수의 고정홀이 형성되어 상기 복수의 플레이트가 외부로 돌출되게 하는 배터리하우징과;
    상기 배터리하우징 상면에 위치하되, 복수의 배출홈이 형성되어 상기 복수의 플레이트가 고정 삽입되어 상기 배터리하우징 상부를 밀폐시키며, 상기 플레이트의 열을 배출하는 히트싱크를 포함하되;
    상기 배터리하우징에는 상기 배터리하우징 내부의 기밀을 유지하는 터미널단자가 형성되고,
    상기 히트싱크를 상기 배터리하우징 상면에 위치시켜 상기 플레이트와 결합되도록 하여 상기 배터리하우징이 밀폐된 상태에서 상기 플레이트의 열이 상기 히트싱크를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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