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KR102061745B1 - 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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KR102061745B1
KR102061745B1 KR1020160050171A KR20160050171A KR102061745B1 KR 102061745 B1 KR102061745 B1 KR 102061745B1 KR 1020160050171 A KR1020160050171 A KR 1020160050171A KR 20160050171 A KR20160050171 A KR 20160050171A KR 102061745 B1 KR102061745 B1 KR 102061745B1
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KR
South Korea
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battery cell
casing
battery
pack
refrigerant
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KR1020160050171A
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이윤구
문정오
최미금
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주식회사 엘지화학
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Priority to PL17789745.1T priority patent/PL3361555T3/pl
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 배터리 셀을 냉각시키도록 냉매가 유입 및 유출되는 유입부와 유출부가 일측에 마련되며, 배터리 셀 어셈블리를 수용하되 배터리 셀 어셈블리를 고정 및 지지하는 팩 케이싱; 및 각각의 배터리 셀에 접촉되며 냉각되도록 유입부 및 유출부와 연통되게 연결되어 팩 케이싱 내부로 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매 공급순환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉각 구조 및 용적률을 개선한 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 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.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
즉, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 가로 또는 세로로 적층시킨 다음, 배터리 셀의 최상면이나 최하면에는 배터리 셀을 보호하고 고정하기 위한 외곽프레임(엔드플레이트)를 덧대는 구조를 가진다. 그리고 이러한 배터리 모듈은 배터리에 의해 다시 수납되어 고정되는 구조를 가진다.
또한, 멀티 배터리 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
그러나, 종래의 배터리 팩에서는 냉각핀 또는 히트 싱크 등의 냉각 장치가 차지하는 공간이 커서 배터리셀과 이를 포함한 배터리 팩의 용적률이 저하될 수 밖에 없고, 냉각부의 추가 구성으로 인한 배터리 팩 자체의 제조단가가 증가되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 배터리 팩에서는 복수개로 적층되는 배터리 셀을 고정하고 강성을 유지시키기 위한 별도의 외곽프레임(엔드플레이트)과 이를 수납 지지하는 추가의 팩 케이스의 이중 구조를 가지고 있어 제조 비용이 증가되고 최근 이차전지의 경량화 추세에 배치되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 냉매를 통한 배터리 셀에 직접 순환 냉각하는 방식의 냉각 구성으로 배터리 팩의 용적률을 증가시키고 제조단가를 절감하는 한편 배터리 셀을 둘러싼 별도의 외곽프레임(엔드플레이트)를 생략하더라도 팩 케이싱 내부에서 견고하게 지지되고 강성을 유지하면서도 제조 비용이 절감되고 이차전지의 경량화가 가능한 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 상기 배터리 셀을 냉각시키도록 냉매가 유입 및 유출되는 유입부와 유출부가 일측에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하되 상기 배터리 셀 어셈블리를 고정 및 지지하는 팩 케이싱; 및 상기 각각의 배터리 셀에 접촉되며 냉각되도록 상기 유입부 및 유출부와 연통되게 연결되어 상기 팩 케이싱 내부로 상기 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매 공급순환유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 팩 케이싱은, 상기 배터리 셀 어셈블리가 수납되는 수납공간을 형성하도록 복수의 가로구획격벽 및 세로구획격벽이 마련되는 케이싱본체; 및 상기 케이싱본체의 상면에 마련되는 케이싱커버; 및 상기 케이싱커버 상에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 탄성 가압하는 탄성가압부를 포함할 수 있다.
상기 케이싱본체에는, 상기 배터리 셀의 판면에 대응되게 내측으로 경사지거나 또는 직각으로 함몰 형성되어 상기 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 안착홈부가 마련될 수 있다.
상기 탄성가압부는 한쌍의 경사구간과 상기 경사구간이 끝나는 지점을 상호 연결하되 상기 케이싱커버의 판면으로부터 함몰 형성된 함몰구간이 형성되며, 상기 탄성가압부는, 상기 함몰구간 중 적어도 일부 영역이 상기 배터리 셀 어셈블리의 상면을 접촉 지지하여 하방으로 가압할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리와 상기 탄성가압부 사이에는 상호 고정시키는 접착부재가 개재될 수 있다.
상기 케이싱본체와 상기 케이싱커버는 체결용 나사로 나사 결합되며, 상기 케이싱커버에는 상기 탄성가압부 둘레를 따라 규칙적으로 소정 간격 이격되면서 두께방향으로 관통 형성되는 제1 결합공과, 상기 가로구획격벽 및 세로구획격벽에는 길이방향을 따라 상기 제1 결합공에 대응되는 위치에서 상기 체결용 나사가 수용되는 제2 결합공이 형성될 수 있다.
상기 제1 결합공 내측에서 길이방향을 따라 함몰 형성되어 상기 체결용 나사가 안착 지지되는 안착지지부가 마련되며, 상기 안착지지부 및 상기 제2 결합공의 상면 둘레 사이에 상기 냉매의 외부 유출을 방지하는 실링부재가 개재될 수 있다.
상기 가로구획격벽 및 세로구획격벽에는 적어도 하나 이상의 냉매순환홀이 형성될 수 있다.
상기 케이싱커버와 상기 탄성가압부는 프레스 가공에 의해 일체로 제작될 수 있다.
상기 팩 케이싱은 알루미늄 재질로 제작되며, 상기 냉매는 절연유일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 셀에 대한 냉매의 직접 접촉 순환 방식의 냉각 구성으로 기존의 냉각핀 또는 히트 싱크와 같은 냉각 장치를 생략할 수 있어 배터리 팩의 용적률을 증가시킬 수 있으며 구조를 단순화시킬 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 기존의 외곽프레임(엔드플레이트)를 생략하더라도 팩 케이싱 내부에서 배터리 셀들이 견고하게 지지되고 강성을 유지하면서도 경량화가 가능한 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A라인의 단면도이다.
도 4는 도 3의 B 부분의 확대도이다.
도 5는 도 3의 C 부분의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 냉매 공급순환유닛의 냉매 순환 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이고, 도 2 는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A라인의 단면도이고, 도 4는 도 3의 B 부분의 확대도이고, 도 5는 도 3의 C 부분의 확대도이다.
배터리 팩(10)은, 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(10)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(10)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(10)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 적어도 하나의 배터리 셀(110)을 포함하는 배터리 셀 어셈블리(100)와, 상기 배터리 셀(110)을 냉각시키도록 냉매가 유입 및 유출되는 유입부(211)와 유출부(212)가 일측에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 수용하되 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 고정 및 지지하는 팩 케이싱(200)과, 상기 각각의 배터리 셀(110)에 접촉되며 냉각되도록 상기 유입부(211) 및 유출부(212)와 연통되게 연결되어 상기 팩 케이싱(200) 내부로 상기 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매 공급순환유닛(300)을 포함할 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(100)는 주로 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 배터리 셀(110)이 적층되어 있으며, 그밖에 각종 부품들을 포함할 수 있다. 보다 상세 설명하면, 상기 배터리 셀(210)은 파우치형 이차 전지로 이루어질 수 있으며, 복수 개로 구비되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 배터리 셀(210)은 도면에서 도시하지는 않았지만, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드 등 다양한 부품을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전극 리드는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있으며, 상기 양극 리드는 상기 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 상기 음극 리드는 상기 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
또한, 적층된 배터리 셀(110)의 측부면 등에는 도면에서 도시하지 않았지만 적층된 배터리 셀(110)의 조립을 가이드하고 적층 시 고정력을 확보하는 별도의 셀 카트리지(미도시) 등이 포함될 수 있다.
상기 팩 케이싱(200)은 상기 배터리 모듈(10)의 외관을 형성하며, 냉매가 체류하며 유동하는 유동 공간을 제공할 수 있다. 이러한 상기 팩 케이싱(200)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 냉매를 수용할 수 있다.
이러한 상기 팩 케이싱(200)은 도 2를 주로 참조하면, 일측에 냉매가 유입 및 유출되는 유입부(211)와 유출부(212)가 마련될 수 있다. 유입부(211)와 유출부(212)는 각각 냉매 공급순환유닛(300)과 연통되게 연결되어 있다. 한편, 본 실시예에서의 유입부(211) 및 유출부(212)는 각각 2개씩 마련되도록 구성되나. 개수나 위치는 본 실시예의 권리범위에 한정되지 아니한다.
팩 케이싱(200)은 또한, 내부에 수납된 배터리 셀 어셈블리(100)를 고정 및 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 팩 케이싱(200)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)가 수납되는 수납공간을 형성하는 케이싱본체(210)와, 상기 케이싱본체(210)의 상면에 마련되는 케이싱커버(230)와, 상기 케이싱커버(230) 상에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 탄성 가압하는 탄성가압부(250)를 포함할 수 있다.
케이싱본체(210)에는 복수의 가로구획격벽(213) 및 세로구획격벽(214)이 마련될 수 있으며, 가로구획격벽(213)과 세로구획격벽(214)으로 구획되는 각각의 수납공간에 배터리 셀 어셈블리(100)가 수납될 수 있다.
그리고, 상기 케이싱본체(210)에는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 상기 배터리 셀(110)의 판면에 대응되게 내측으로 경사지며 함몰 형성되어 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 중앙 부분이 안착 고정되는 안착홈부(217)가 마련될 수 있다. 안착홈부(217)는 배터리 셀(110) 및 배터리 셀 어셈블리(100)를 보다 용이하게 고정시킬 수 있게 한다. 안착홈부(217)의 형상은 본 실시예와 달리, 내측으로 라운드지거나 수직으로 단차지게 형성될 수도 있을 것이다.
케이싱본체(210)의 상면에는 케이싱커버(230)가 마련될 수 있다. 케이싱커버(230)는 판상으로 마련되며, 케이싱본체(210)와의 결합을 위한 복수의 결합공(216, 231)이 형성될 수 있다. 케이싱커버(230)는 내부의 배터리 셀 어셈블리(100)를 보호하는 한편 냉매의 외부 유출을 방지한다.
케이싱커버(230)의 판면 상에는 탄성가압부(250)가 마련될 수 있다. 탄성가압부(250)는 배터리 셀 어셈블리(100)에 접촉하되 배터리 셀 어셈블리(100)를 하방으로 가압 지지하여 배터리 셀 어셈블리(100)를 고정하는 역할을 한다.
이를 위해, 탄성가압부(250) 각각은, 주로 도 3에 도시된 바와 같이, 한쌍의 경사구간(251)과 상기 경사구간(251)이 끝나는 지점을 상호 연결하되 상기 케이싱커버(230)의 판면으로부터 함몰 형성된 함몰구간(252)이 형성될 수 있으며, 상기 함몰구간(252) 중 적어도 일부 구간이 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상면을 접촉 지지하여 하방으로 가압할 수 있다. 이러한 상기 케이싱커버(230)와 상기 탄성가압부(250)는 프레스 가공에 의해 일체로 제작될 수 있다. 이로 인해, 제조 비용을 절감하고 이차전지의 경량화가 가능할 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)와 상기 탄성가압부(250) 사이에는 상호 고정시키는 접착부재(260)가 개재될 수 있다.
이러한 결합 구성 즉, 케이싱본체(210)의 안착홈부(217), 케이싱커버(230)의 탄성가압부(250) 및 접착부재(260)로 인해, 배터리 셀 어셈블리(100)는 팩 케이싱(200) 내에서 견고히 고정될 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)을 둘러싼 별도의 외곽프레임(엔드플레이트)를 생략하더라도 케이싱본체(210)의 안착홈부(217), 케이싱커버(230)의 탄성가압부(250) 및 접착부재(260)의 결합 구성으로 인해, 팩 케이싱(200) 내부에서 견고하고 강성을 유지하면서 지지 및 고정될 수 있다.
한편, 팩 케이싱(200)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 열을 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 상기 팩 케이싱(200)는 효과적인 열 배출을 위해 높은 열 전도도를 갖는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 냉매(절연유)를 통한 배터리 셀(110)에 직접 순환 냉각하는 방식의 냉각 구성을 가진다. 이를 위해, 팩 케이싱(200)의 일측에 냉매 공급순환유닛(300)이 마련될 수 있다.
냉매 공급순환유닛(300)은 도 2를 참조하면, 내부에 공급순환용 모터(310)와 냉매가 유입 및 체류되는 체류공간(311)을 포함하며, 공급순환용 모터(310)를 통해 상기 냉매를 유입부(211)로 분사하며, 팩 케이싱(200)을 순환된 냉매는 유출부(212)를 통해 체류공간(311)으로 되돌아올 수 있다.
냉매 순환을 위해, 케이싱본체(210)의 가로구획격벽(213) 및 세로구획격벽(214)에는 각각 적어도 하나 이상의 냉매순환홀(215)이 형성될 수 있으며, 냉매는 가로구획격벽(213)과 세로구획격벽(214)으로 이루어진 하나의 수납공간으로부터 다른 수납공간으로 이동될 수 있다.
이러한 냉매 공급순환유닛(300)을 통해 유체 상태의 냉매가 팩 케이싱(200) 내부를 냉각 순환하기 위해서는 팩 케이싱(200)의 밀봉 구조가 반드시 필요하다.
밀봉 구조를 도 2, 3 및 도 5를 참조하여 상세 설명한다.
상기 케이싱본체(210)와 상기 케이싱커버(230)는 체결용 나사(240)로 나사 결합되며, 상기 케이싱커버(230)에는 상기 탄성가압부(250) 둘레를 따라 규칙적으로 소정 간격 이격되면서 두께방향으로 관통 형성되는 제1 결합공(231)과, 상기 가로구획격벽(213) 및 세로구획격벽(214)에는 길이방향을 따라 상기 제1 결합공(231)에 대응되는 위치에서 상기 체결용 나사(240)가 수용되는 제2 결합공(216)이 형성될 수 있다. 도 3에서의 좌측에는 체결용 나사(240)가 생략되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
그리고, 제1 결합공(231) 내측에는 길이방향을 따라 함몰 형성되어 상기 체결용 나사(240)의 헤드가 안착 지지되는 안착지지부(232)가 마련되며, 상기 안착지지부(232) 및 상기 제2 결합공(216)의 상면 둘레 사이에 상기 냉매의 외부 유출을 방지하는 실링부재(241)가 개재될 수 있다. 실링부재(241)를 통해 케이싱본체(210)와 케이싱커버(230)를 상호 밀봉시킬 수 있다. 케이싱본체(210)와 케이싱커버(230) 상호간의 나사 결합과 달리, 케이싱본체(210)에 대하여 케이싱커버(230)를 스팟 용접 등으로 결합시킬 수도 있다.
상기 냉매 공급순환유닛(300)에 의해 공급 및 순환되는 상기 냉매는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)가 잠길 수 있게 상기 팩 케이싱(200) 내에 채워질 수 있다. 구체적으로, 상기 냉매는 상기 팩 케이싱(200) 내에서 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 사이의 공간에 채워질 수 있고, 또한, 각각의 상기 복수 개의 배터리 셀(210) 사이의 공간에도 채워질 수 있다.
상기 냉매는 높은 열용량을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 팩 케이싱(200) 내에 채워지는 상기 냉매를 통해 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 냉각시키기 위한 별도의 냉각 핀 및 히트 싱크 등의 구조물이 요구되지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는 별도의 냉각 핀 및 히트 싱크 등의 구조물을 생략할 수 있어, 배터리 셀(110)들의 용적률을 높이고 제조 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 상기 냉매는 절연성을 갖는 절연유 등 이를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 절연유는 배터리 셀(110)과 직접 접촉하며 순환되기 때문에 냉각 효과가 우수할 수 있다. 또한, 상기 냉매의 비열 차이로 인해 배터리 셀(110)이 발화되더라도 냉매에 의해 발화가 저지되고 예방될 수 있다.
또한, 상기 냉매는 상기 모듈 케이스(100) 내에서 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 댐퍼 역할을 수행할 수 있다. 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 경우, 외부 충격 등에 의해 취약할 수 있는데, 상기 냉매가 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀(110) 사이의 공간 및 상기 팩 케이싱(200)와 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 사이의 공간에 채워짐으로써, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)에 대한 외부 충격을 감소시킬 수 있어, 결과적으로, 배터리 팩(10)의 안전성을 보장할 수 있다.
이하에서는, 이러한 구조의 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)의 구체적인 동작에 대해 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 냉매 공급순환유닛의 냉매 순환 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)의 각각의 배터리 셀(110) 및 배터리 셀 어셈블리(100)는, 상기 케이싱커버(230)의 탄성가압부(250) 및 상기 케이싱본체(210)의 안착홈부(217)를 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈들(200)을 탄성 가압하여 견고히 고정될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는 상기 복수 개의 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 케이싱본체(210) 내 장착 시, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)의 안정적인 고정을 위한 별도의 외곽프레임 즉, 엔드플레이트나 텐션 바와 같은 추가 부품 등이 요구되지 않아, 상기 배터리 팩(10)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 6을 주로 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은 상기 냉매 공급순환유닛(300)을 통해 상기 복수 개의 배터리 셀(110) 및 배터리 셀 어셈블리(100) 내에서 상기 냉매를 순환시킬 수 있다. 즉, 공급순환용 모터(310)로부터 분사된 냉매는 유입부(211)를 거쳐 팩 케이싱(200) 내부로 유입되고, 각각의 배터리 셀(110)을 직접 접촉하며 유동되며 냉매순환홀(215)를 거치면서 각각의 수납공간으로 순환될 수 있다. 최종적으로 유출부(212)를 거쳐 냉매 공급순환유닛(300)의 체류공간(311)로 이동될 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 순환되는 상기 냉매를 통해 상기 복수 개의 배터리 셀(110)의 냉각 효율이 현저히 향상될 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는 이러한 냉매 순환 구조를 통해, 종래 냉각을 위해 구비되던 냉각 장치 즉, 복수 개의 냉각 핀들 및 히트 싱크 등의 부품 등을 생략할 수 있어, 이에 따른 제조 비용을 절감할 수 있고, 이들 부품들만큼 상기 배터리 셀(110)의 용적률을 높일 수 있어, 상기 배터리 셀(110)의 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는 제조 비용을 절감하면서 상기 배터리 셀(110)의 에너지 밀도를 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 상기 배터리 팩(10)을 제공할 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)을 구비하는 상기 자동차와 같은 장치나 기구 및 설비 또한 전술한 상기 배터리 팩(10)으로 인한 장점을 모두 가질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 배터리 팩 100: 배터리 셀 어셈블리
110: 배터리 셀 200: 팩 케이싱
210: 케이싱본체 211:유입부
213: 가로구획격벽 217: 안착홈부
230: 케이싱커버 232: 안착지지부
250: 탄성가압부 300: 냉매 공급순환유닛

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    냉매는 절연유이고, 상기 배터리 셀을 냉각시키도록 냉매가 유입 및 유출되는 유입부와 유출부가 일측에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하되 상기 배터리 셀 어셈블리를 고정 및 지지하는 팩 케이싱; 및
    상기 각각의 배터리 셀에 접촉되며 냉각되도록 상기 유입부 및 유출부와 연통되게 연결되어 상기 팩 케이싱 내부로 상기 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매 공급순환유닛을 포함하고,
    상기 팩 케이싱은,
    상기 배터리 셀 어셈블리가 수납되는 수납공간을 형성하도록 복수의 가로구획격벽 및 세로구획격벽이 마련되는 케이싱본체;
    상기 케이싱본체의 상면에 마련되는 케이싱커버; 및
    상기 케이싱커버 상에 마련되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 탄성 가압하는 탄성가압부를 포함하며,
    상기 가로구획격벽 및 세로구획격벽에는 적어도 하나 이상의 냉매순환홀이 형성되고,
    상기 냉매 공급순환유닛을 통해 상기 냉매가 상기 가로구획격벽 및 세로구획격벽을 포함하는 팩 케이싱 내부를 순환하도록 상기 팩 케이싱은 밀봉 구조로 마련되고,
    상기 냉매는 상기 팩 케이싱 내에서 상기 배터리 셀 어셈블리 사이의 공간에 채워지거나, 또는, 복수의 배터리 셀 각각의 사이의 공간에 채워져 배터리 셀 어셈블리가 잠기도록 마련되며,
    상기 탄성가압부는 한 쌍의 경사구간과 상기 경사구간이 끝나는 지점을 상호 연결하되 상기 케이싱커버의 판면으로부터 함몰 형성된 함몰구간이 형성되며,
    상기 탄성가압부는, 상기 함몰구간 중 적어도 일부 영역이 상기 배터리 셀 어셈블리의 상면을 접촉 지지하여 하방으로 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱본체에는, 상기 배터리 셀의 판면에 대응되게 내측으로 경사지거나 또는 직각으로 함몰 형성되어 상기 배터리 셀 어셈블리가 안착되는 안착홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀 어셈블리와 상기 탄성가압부 사이에는 상호 고정시키는 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱본체와 상기 케이싱커버는 체결용 나사로 나사 결합되며,
    상기 케이싱커버에는 상기 탄성가압부 둘레를 따라 규칙적으로 소정 간격 이격되면서 두께방향으로 관통 형성되는 제1 결합공과, 상기 가로구획격벽 및 세로구획격벽에는 길이방향을 따라 상기 제1 결합공에 대응되는 위치에서 상기 체결용 나사가 수용되는 제2 결합공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 결합공 내측에서 길이방향을 따라 함몰 형성되어 상기 체결용 나사가 안착 지지되는 안착지지부가 마련되며,
    상기 안착지지부 및 상기 제2 결합공의 상면 둘레 사이에 상기 냉매의 외부 유출을 방지하는 실링부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱커버와 상기 탄성가압부는 프레스 가공에 의해 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이싱은 알루미늄 재질로 제작되며,
    상기 냉매는 절연유인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항, 제3항, 제5항 내지 제7항 및 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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