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KR20170019770A - 배터리 - Google Patents

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KR20170019770A
KR20170019770A KR1020150114024A KR20150114024A KR20170019770A KR 20170019770 A KR20170019770 A KR 20170019770A KR 1020150114024 A KR1020150114024 A KR 1020150114024A KR 20150114024 A KR20150114024 A KR 20150114024A KR 20170019770 A KR20170019770 A KR 20170019770A
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cooling
heat pipe
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김민욱
이건구
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 특히 복수의 배터리셀과, 상기 복수의 배터리셀들 사이에 배치되는 히트파이프를 구비하는 배터리모듈; 및 상기 배터리모듈을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버를 포함하고, 상기 히트파이프는, 상기 복수의 배터리셀들 사이에서 열에너지를 흡수하여, 상기 복수의 마운팅멤버들 사이에서 열에너지를 배출하며, 상기 복수의 마운팅멤버들 사이에 배치되어 상기 복수의 배터리셀과 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록이 구성되어, 수냉각 구조를 이용하여 배터리의 냉각 성능을 향상시키고, 배터리모듈을 일체화시키는 마운팅멤버의 높이를 확보하여 구조 강성을 증대시키며, 배터리의 케이스 높이는 최소화시켜 배터리의 부피 에너지 밀도를 향상시키는 동시에 차량 패키지를 유리하게 하고, 차량 충돌 발생 시 냉각수가 누수되더라도 고전압 단락 발생을 방지하여 충돌 안전성을 확보하는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

배터리{battery}
본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 특히 수냉각 구조를 이용하여 배터리의 냉각 성능을 향상시키고, 배터리의 케이스 높이를 최소화시키며, 고전압 단락 발생을 방지하기 위한 배터리에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 에너지원으로 사용하는 자동차에는 전기를 충전 및 공급하기 위한 배터리팩이 장착된다. 이러한 자동차는 통상의 자동차뿐만 아니라 에너지원으로 전기만을 이용하는 일반 전기자동차와, 연료 및 전기를 함께 이용하는 하이브리드 자동차를 포함한다.
종래의 자동차 등에 장착되는 배터리팩은 전기를 충전 또는 공급하는 과정에서 발생하는 화학적 변화에 의해 열이 발생하게 되며, 이와 같이 발생한 열은 배터리팩의 성능 및 수명을 낮출 수 있으므로 적정 온도 범위로 유지하기 위한 냉각장치가 구비된다.
이러한 냉각장치로는 차가운 공기 또는 냉각수와 접촉하는 공냉식 또는 수냉식 냉각장치가 사용되고 있으며, 최근에는 배터리팩의 상부에 열전소자를 구비하여 배터리팩의 열을 전기로 전환하는 배터리팩 관리장치가 개발되어 사용되고 있다.
그러나, 종래의 차량용 전기공급장치는 배터리팩에 연결되는 배선 및 배터리팩 주변에 배치되는 다른 부품 등으로 인해 열전소자의 설치에 공간적인 제약이 있으며, 이에 따라 열전소자의 설치 위치 및 배선의 연결에 어려워 구조적인 개선이 요구되고 있다.
또한, 종래에는 배터리팩의 상부에 구비되는 열전소자가 자동차 등을 통해 전달되는 진동 등에 의해 배터리팩으로부터 이탈하는 현상이 발생하고 있으며, 이에 따라 냉각 및 발전효율이 저하되는 요인이 되고 있으며, 전기적인 단선(short)을 일으키는 문제점이 있었다.
특허 1 : 일본 공개특허공보 2011-49139호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 배터리에 관한 것으로서, 특히 수냉각 구조를 이용하여 배터리의 냉각 성능을 향상시키고, 배터리의 케이스 높이를 최소화시키며, 고전압 단락 발생을 방지하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 복수의 배터리셀과, 상기 복수의 배터리셀들 사이에 배치되는 히트파이프를 구비하는 배터리모듈; 및 상기 배터리모듈을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버를 포함하고, 상기 히트파이프는, 상기 복수의 배터리셀들 사이에서 열에너지를 흡수하여, 상기 복수의 마운팅멤버들 사이에서 열에너지를 배출함으로써 달성된다.
상기 히트파이프는 'L'자 형상이고 상기 배터리셀의 단부에서 절곡 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리모듈은 하우징이 형성되며, 상기 하우징에는 상기 마운팅멤버와 체결 가능하도록 마운팅부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 마운팅멤버들 사이에 배치되고 상기 히트파이프와 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록을 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 마운팅멤버는 소정 높이를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 마운팅멤버와 상기 냉각블록이 구비된 상기 배터리모듈 외측을 커버하는 케이스가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리모듈의 냉각블록 저면과 상기 케이스 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드가 추가로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 마운팅멤버는 한 쌍이 구비되어 상기 복수의 배터리모듈 양단을 체결하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 냉각블록은 상기 배터리모듈 하부에 구비되는 동시에 상기 한 쌍의 마운팅멤버 사이에 구비되어 상기 케이스의 상하 높이를 최소화시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 히트파이프는 내부에 모세관 구조의 윅(wick)이 형성되며, 내부에 가스를 포함하고 있는 밀폐형 파이프가 적용되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리모듈은 냉각수 누수 시 고전압 단락을 방지하도록 상기 배터리모듈 하부로부터 소정높이에 센싱용 커넥터가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 복수의 배터리셀을 구비하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버; 및 상기 복수의 마운팅멤버들 사이에 배치되며 상기 복수의 배터리셀과 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록을 포함함으로써 달성된다.
상기 배터리모듈은, 외측에 마운팅부가 형성된 하우징이 구비되며, 상기 하우징 내부에서 상기 배터리셀 사이에 배치되는 히트파이프가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 냉각블록은, 상기 복수의 배터리모듈 하부에 구비되는 동시에 상기 마운팅멤버 사이에 구비되어 냉각수를 이동시켜 상기 복수의 배터리모듈을 냉각시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 마운팅멤버와 상기 냉각블록이 구비된 상기 배터리모듈 외측을 커버하는 케이스가 형성되며, 상기 배터리모듈의 냉각블록 저면과 상기 케이스 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드가 추가로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 수냉각 구조를 이용하여 배터리의 냉각 성능을 향상시키고, 배터리모듈을 일체화시키는 마운팅멤버의 높이를 확보하여 구조 강성을 증대시키며, 배터리의 케이스 높이는 최소화시켜 배터리의 부피 에너지 밀도를 향상시키는 동시에 차량 패키지를 유리하게 하고, 차량 충돌 발생 시 냉각수가 누수되더라도 고전압 단락 발생을 방지하여 충돌 안전성을 확보하는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리의 배터리모듈을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 배터리의 배터리모듈을 도시하는 측면도,
도 3은 본 발명의 배터리의 배터리모듈을 저면에서 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 배터리의 배터리모듈에서 배터리셀과 히트파이프의 배치상태를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 배터리에서 복수의 배터리모듈과 복수의 마운팅멤버의 결합을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 배터리에서 배터리모듈과 마운팅멤버에 냉각블록이 결합되기 이전 상태를 도면,
도 7은 본 발명의 배터리에서 배터리모듈과 마운팅멤버에 냉각블록이 결합된 이후 상태를 도면,
도 8은 본 발명의 배터리를 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명의 배터리에서 배터리모듈과 케이스 사이에 단열패드가 구비된 상태를 도시하는 단면도,
도 10은 본 발명의 배터리 어셈블리를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 배터리가 차량에 장착된 실시예를 도시하는 단면도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
(제1실시예)
본 발명의 배터리는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리셀(101) 사이에 히트파이프(102)가 배치되는 배터리모듈(100)과, 배터리모듈(100)을 차체에 고정하는 마운팅멤버(120)를 포함한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(100)은 복수의 배터리셀(101)과, 복수의 배터리셀(101)들 사이에 배치되는 히트파이프(102)로 이루어진다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 마운팅멤버(120)는 복수 개 구비되어 배터리모듈(100)을 차체에 고정시킨다.
이때, 히트파이프(102)는, 복수의 배터리셀(101)들 사이에서 열에너지를 흡수하여, 복수의 마운팅멤버(120)들 사이에서 열에너지를 배출하여 열 전달이 가능하게 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 히트파이프(102)는 'L'자 형상으로 이루어져 배터리셀(101)의 단부에서 절곡 형성되도록 열에너지 흡수 및 배출이 용이하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 히트파이프(102)는 내부에 모세관 구조의 윅(wick, 미도시)이 형성되며, 내부에 가스를 포함하고 있는 밀폐형 파이프가 적용되도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(100)은 외측에 하우징(110)이 형성되며, 하우징(110) 양단에는 마운팅멤버(120)와 배터리모듈(100)이 체결 가능하도록 마운팅부(111)가 형성되도록 한다.
한편, 본 발명은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 마운팅멤버(120)들 사이에 배치되고 냉각수가 유동하는 냉각블록(130)이 구비되도록 하여 히트파이프(102)와 열교환이 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 마운팅멤버(120)는 소정 높이를 형성하도록 하여 냉각블록(130)이 마운팅멤버(120)들 사이에 안정적으로 위치할 수 있게 하여 구조 강성을 향상시킬 수 있게 한다.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 마운팅멤버(120)와 냉각블록(130)이 구비된 배터리모듈(100) 외측에는 배터리모듈(100)을 커버하는 케이스(140)가 형성되도록 한다.
배터리모듈(100)의 냉각블록(130) 저면과 케이스(140) 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드(103)가 추가로 구비되도록 하여 열교환 시 효율을 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다.
한편, 마운팅멤버(120)는 한 쌍이 구비되어 복수의 배터리모듈(100) 양단을 체결하도록 한다.
도 8, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 냉각블록(130)은 배터리모듈(100) 하부에 구비되는 동시에 한 쌍의 마운팅멤버(120) 사이에 구비되어 케이스(140)의 상하 높이를 최소화시킬 수 있게 한다.
또한, 배터리모듈(100)은 하우징(110) 외측 소정 높이에 센싱용 커넥터(104)가 구비되도록 하여 충돌 시 냉각수가 누수되더라도 셀단자부까지 닿지 않도록 함으로써 고전압 단락 가능성을 최소화하여 안전성을 향상시킬 수 있게 한다.
(제2실시예)
본 발명의 배터리는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리셀(101)을 구비하는 배터리모듈(100)과, 배터리모듈(100)을 차체에 고정시키는 복수의 마운팅멤버(120)와, 마운팅멤버(120) 사이에 배치되어 배터리셀(101)과 열교환하는 냉각블록(130)을 포함한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(100)은 복수의 배터리셀(101)을 포함한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 마운팅멤버(120)는 복수 개 구비되어 배터리모듈(100) 양단을 차체에 고정시킨다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각블록(130)은 복수의 마운팅멤버(120) 사이에 배치되며 냉각수 유동을 통해 복수의 배터리셀(101)과 열교환하는 것이 가능하게 한다.
이때, 배터리모듈(100)은 외측에 마운팅부(111)가 형성된 하우징(110)이 구비되며, 하우징(110) 내부에서 배터리셀(101) 사이에 배치되는 히트파이프(102)가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
히트파이프(102)는 복수의 배터리셀(101)들 사이에서 열에너지를 흡수하여 복수의 마운팅멤버(120)들 사이에서 열에너지를 배출하여 열 전달이 가능하게 한다.
또한, 냉각블록(130)은 복수의 배터리모듈(100) 하부에 구비되는 동시에 마운팅멤버(120) 사이에 구비되어 냉각수를 이동시켜 복수의 배터리모듈(100)을 냉각시키는 것이 가능하게 한다.
한편, 마운팅멤버(120)와 냉각블록(130)이 구비된 배터리모듈(100) 외측을 커버하는 케이스(140)가 형성되며, 배터리모듈(100)의 냉각블록(130) 저면과 케이스(140) 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드(103)가 추가로 구비되도록 하여 열교환 시 효율을 향상시킬 수 있게 한다.
이때, 냉각블록(130)은 배터리모듈(100) 하부에 구비되는 동시에 마운팅멤버(120) 사이에 구비되어 케이스(140)의 상하 높이를 최소화시킬 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 복수의 배터리셀(101)과, 복수의 배터리셀(101)들 사이에 배치되는 히트파이프(102)를 구비하는 배터리모듈(100); 및 배터리모듈(100)을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버(120)를 포함하고, 히트파이프(102)는, 복수의 배터리셀(101)들 사이에서 열에너지를 흡수하여, 복수의 마운팅멤버(120)들 사이에서 열에너지를 배출하며, 복수의 마운팅멤버(120)들 사이에 배치되어 복수의 배터리셀(101)과 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록(130)이 구비되도록 하여 수냉각 구조를 이용하여 배터리의 냉각 성능을 향상시키고, 배터리모듈(100)을 일체화시키는 마운팅멤버(120)의 높이를 확보하여 구조 강성을 증대시키며, 배터리의 케이스(140) 높이는 최소화시켜 배터리의 부피 에너지 밀도를 향상시키는 동시에 차량 패키지를 유리하게 하고, 차량 충돌 발생 시 냉각수가 누수되더라도 고전압 단락 발생을 방지하여 충돌 안전성을 확보할 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 101 : 배터리셀
102 : 히트파이프 110 : 하우징
111 : 마운팅부 120 : 마운팅멤버
130 : 냉각블록

Claims (15)

  1. 복수의 배터리셀과, 상기 복수의 배터리셀들 사이에 배치되는 히트파이프를 구비하는 배터리모듈; 및
    상기 배터리모듈을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버를 포함하고,
    상기 히트파이프는,
    상기 복수의 배터리셀들 사이에서 열에너지를 흡수하여, 상기 복수의 마운팅멤버들 사이에서 열에너지를 배출하는 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트파이프는 'L'자 형상이고 상기 배터리셀의 단부에서 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리모듈은 하우징이 형성되며, 상기 하우징에는 상기 마운팅멤버와 체결 가능하도록 마운팅부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 마운팅멤버들 사이에 배치되고 상기 히트파이프와 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록을 더 포함하는 배터리.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 마운팅멤버는 소정 높이를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 마운팅멤버와 상기 냉각블록이 구비된 상기 배터리모듈 외측을 커버하는 케이스가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배터리모듈의 냉각블록 저면과 상기 케이스 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 마운팅멤버는 한 쌍이 구비되어 상기 복수의 배터리모듈 양단을 체결하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 냉각블록은 상기 배터리모듈 하부에 구비되는 동시에 상기 한 쌍의 마운팅멤버 사이에 구비되어 상기 케이스의 상하 높이를 최소화시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트파이프는 내부에 모세관 구조의 윅(wick)이 형성되며, 내부에 가스를 포함하고 있는 밀폐형 파이프인 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리모듈은 냉각수 누수 시 고전압 단락을 방지하도록 상기 배터리모듈 하부로부터 소정높이에 센싱용 커넥터가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 복수의 배터리셀을 구비하는 배터리모듈;
    상기 배터리모듈을 차체에 고정하는 복수의 마운팅멤버; 및
    상기 복수의 마운팅멤버들 사이에 배치되며 상기 복수의 배터리셀과 열교환하는 냉각수가 유동하는 냉각블록을 포함하는 배터리.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리모듈은, 외측에 마운팅부가 형성된 하우징이 구비되며, 상기 하우징 내부에서 상기 배터리셀 사이에 배치되는 히트파이프가 구비되는 배터리.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 냉각블록은, 상기 복수의 배터리모듈 하부에 구비되는 동시에 상기 마운팅멤버 사이에 구비되어 냉각수를 이동시켜 상기 복수의 배터리모듈을 냉각시키는 배터리.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 마운팅멤버와 상기 냉각블록이 구비된 상기 배터리모듈 외측을 커버하는 케이스가 형성되며, 상기 배터리모듈의 냉각블록 저면과 상기 케이스 내부면 사이에는 단열을 보강하기 위한 단열패드가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리.
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