KR20160147565A

KR20160147565A - 배터리 셀 냉각장치

Info

Publication number: KR20160147565A
Application number: KR1020150084482A
Authority: KR
Inventors: 남진무; 고요한; 배규종; 최용석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2016-12-23
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: KR102025861B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 셀 냉각장치, 내부에 냉매가 흐르는 유로가 형성된 중공 구조의 히트싱크 및 열 전도성 소재의 판상 형태로, 미리 결정된 간격으로 상호 간 이격된 위치에서 히트싱크에 접속되는 복수의 냉각 플레이트를 포함하며, 냉각 플레이트는, 배터리 셀의 일면과 대면하는 흡열부, 흡열부의 단부에서 연장되어 히트싱크에 접속되고, 히트싱크에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 회동 가능하게 마련되는 변위부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 셀 냉각장치{Cooling Apparatus for Battery Cell}

본 발명은 배터리 셀 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두께가 다른 종류의 배터리 셀에도 그대로 사용할 수 있는 호환성을 갖는 배터리 셀 냉각장치에 관한 것이다.

이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기, 에너지 저장 시스템에 사용되고 있다. 또한, 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 각광받고 있다.

전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 배터리 모듈 및 이를 단위모듈로 포함하는 중대형 팩이 사용된다. 이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 밀집도로 적층할 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 배터리, 파우치형 배터리 등이 배터리 모듈의 단위전지로서 주로 사용되고 있다.

배터리 모듈은 일반적으로 다수의 배터리 셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들은 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각부재가 반드시 필요하다.

도 1은, 종래의 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 일 예로 종래의 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀(B)들이 적층된 배터리 셀 적층체와, 상기 배터리 셀(B)들과 상호 간 교번적으로 접촉하도록 배열되어 배터리 셀(B)들과 열교환을 행하는 복수의 냉각 플레이트들(1)과, 복수의 냉각 플레이트(1)들을 냉각시키기 위한 히트싱크(2)를 포함한다. 도 1을 참조하면, 복수의 냉각 플레이트(1)는 상호 간에 배터리 셀(B) 두께의 2배에 해당하는 간격을 갖도록 히트싱크(2)에 결합될 수 있다. 즉, 냉각 플레이트(1) 간의 이격 거리(T)는 조립할 배터리 셀(B)의 두께에 따라 결정되고, 배터리 셀(B)의 규격과 용량은, 배터리 셀(B)이 적용되는 디바이스의 사양에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 따라서, 종래의 히트싱크(2)와 냉각 플레이트(1)를 포함하는 배터리 셀 냉각장치는 미리 배터리 셀(B)의 두께에 따라 여러 가지 규격으로 제작된다. 그러나 배터리 셀(B)의 두께는 매우 다양하게 구성될 수 있는데, 이들 모든 배터리 셀(B)들의 냉각장치를 제작하는 것은 경제적인 측면에서 매우 비효율적이며, 더욱이 제조시 조금의 공차라도 있으면, 해당 배터리 셀(B)에 냉각장치를 사용할 수 없게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 두께가 다른 종류의 배터리 셀에도 그대로 사용할 수 있는 호환성을 갖춘 배터리 셀 냉각장치를 제공하는 것이다.

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 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 냉매가 흐르는 냉각 채널이 형성된 중공 구조의 히트싱크; 및 열 전도성 소재의 판상 형태로, 미리 결정된 간격으로 상호 간 이격된 위치에서 상기 히트싱크에 접속되는 복수의 냉각 플레이트를 포함하며, 상기 냉각 플레이트는, 배터리 셀의 일면과 대면하는 흡열부, 상기 흡열부의 단부에서 연장되어 상기 히트싱크에 접속되고, 상기 히트싱크에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 회동 가능하게 마련되는 변위부를 포함하는 배터리 셀 냉각장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 변위부는, 상기 배터리 셀과 상기 히트싱크 사이 공간에서 길이가 신축되도록 주름진 형태로 탄성을 갖도록 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 히트싱크와 상기 복수의 냉각 플레이트는 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 냉각 플레이트는, 상기 변위부의 단부에서 상기 히트싱크의 내부까지 연장되어 상기 냉각 채널에 노출되는 말단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 말단부는, 끝단이 일 방향 또는 양 방향으로 절곡된 형태로 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 히트싱크는, 상호 간 조립 가능하게 마련되는 복수의 단위 히트싱크를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 히트싱크는, 일 측면에서 내측으로 함몰 형성된 홈부와, 타 측면에서 외측으로 돌출 형성된 돌출부를 구비하고, 어느 하나의 단위 히트싱크의 돌출부가 다른 하나의 단위 히트싱크의 홈부에 억지끼움될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 히트싱크는, 상기 복수의 냉각 플레이트 중 하나의 냉각 플레이트와 접속될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 히트싱크는, 상기 복수의 냉각 플레이트 중 적어도 2개 이상의 냉각 플레이트와 접속될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 히트싱크와 상기 냉각 플레이트는 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 히트싱크들은 각각, 상기 냉각 채널과, 상기 냉각 채널에 냉매가 유입 및 유출될 수 있도록 유입구와 유출구를 구비하고, 어느 하나의 상기 단위 히트싱크에 구비되는 유출구와 이웃하게 배치되는 다른 하나의 상기 단위 히트싱크에 구비되는 유입구를 연결하는 파이프 라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 셀 냉각장치를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 있다. 상기 자동차는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 두께가 다른 종류의 배터리 셀에도 그대로 사용될 수 있는 호환성을 갖춘 배터리 셀 냉각장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 냉각 플레이트와 일체화된 단위 히트싱크들이 상호 간 조립 가능하게 구성될 수 있다. 따라서 적층되는 배터리 셀의 개수에 따라 배터리 셀 냉각장치를 다양한 형태로 쉽게 구성할 수 있다.

도 1은, 종래의 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은, 도 2의 Ⅰ- Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트의 변형을 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치에 두께가 T1인 배터리 셀들을 조립한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치에 두께가 T2인 배터리 셀들을 조립한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치의 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하나의 냉각 플레이트와 일체화된 단위 히트싱크와, 이들의 조립 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 7의 평면도이다.
도 10은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 11은, 도 8의 냉각 플레이트와 단위 히트싱크의 변형예를 나타내는 사시도이다.

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 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 도면에서의 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.

배터리 셀들은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형으로, 일면 또는 양면이 인접한 배터리 셀에 대면하도록 적층 배열되어 배터리 셀 적층체를 형성하고 있을 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 셀 냉각장치는 이러한 배터리 셀 적층체에 장착되어 배터리 셀들의 열을 제거하는 장치를 의미한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치의 개략적인 사시도이고, 도 3은, 도 2의 Ⅰ- Ⅰ'에 따른 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)는, 복수 개의 냉각 플레이트(10)와 히트싱크(20)를 포함한다.

냉각 플레이트(10)는 열 전도성 부재로 배터리 셀(B)의 열을 빠르게 흡수하는 역할을 한다. 냉각 플레이트(10)는 배터리 셀(B)의 구성에 따라 복수 개가 마련될 수 있다. 복수의 냉각 플레이트(10)는 미리 결정된 간격으로 상호 간 이격되게 배열된다. 여기서, 상기 미리 결정된 간격은 본 발명에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)와 조립될 수 있는 배터리 셀(B)들의 평균적인 두께를 참작하여 결정될 수 있다. 그리고 미리 결정된 간격에는 하나 또는 두 개의 배터리 셀(B)이 위치할 수 있다. 이때, 바람직하게는, 냉각 플레이트(10)의 일면과 배터리 셀(B)의 일면이 서로 밀착될 수 있다. 배터리 셀(B)은 충방전 중 과열되더라도 냉각 플레이트(10)와의 열 접촉에 의해 열을 방출하고 적정 온도를 유지할 수 있다.

냉각 플레이트(10)는 열 전도성을 가지는 박형으로, 예를 들어, 금속 소재의 시트형 판재가 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대 구리, 금, 은도 가능하다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 냉각 플레이트(10)는, 흡열부(12), 변위부(14) 및 말단부(16)를 포함한다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 냉각 플레이트(10)는 히트싱크(20)에 수직으로 배치된다. 흡열부(12)는 배터리 셀(B)의 일면과 대면하는 부분으로, 변위부(14)는 흡열부(12)의 단부에서 히트싱크(20)의 몸체까지 연장된 부분으로, 말단부(16)는 히트싱크(20)의 내부의 유로, 즉 냉각 채널(22)에 노출되는 부분으로 한정될 수 있다.

흡열부(12)는 배터리 셀(B)의 일면과 직접 접하는 부분으로 배터리 셀(B)에서 발생한 열을 흡수할 수 있다. 흡열부(12)는 배터리 셀(B)과의 접촉면에 공기층이 생겨나지 않도록 매끄럽게 형성한다. 공기층은 열전달율을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 도시하지 않았으나, 흡열부(12)와 배터리 셀(B) 사이 접촉면에 TIM(Thermal Interface Material) 등의 열 전도성 시트를 개재하여 공기층을 제거할 수도 있다.

변위부(14)는 히트싱크(20)에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 회동 가능하게 마련된다. 특히, 상기 변위부(14)는 히트싱크(20)에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 좌,우로 회동 가능하게 마련됨으로서 복수의 냉각 플레이트(10)들 사이의 폭이 변경될 수 있게 한다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트(10)의 변형을 자세히 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 변위부(14)는, 주름진 형태로 탄성을 갖도록 마련되어 있다. 변위부(14)는 주름 간격이 좁아지거나 넓어짐에 따라 압축 또는 신장될 수 있다.

이와 같이, 변위부(14)를 주름진 형태로 구성할 경우, 냉각 플레이트(10)의 넓은 면을 향해 외력이 가해지면, 변위부(14)가 신장되면서 히트싱크(20)에 고정된 부위를 축으로 냉각 플레이트(10)가 소정 각도 기울어질 수 있다. 그리고 다시 외력이 없어지면, 복원력에 의해 변위부(14)가 압축되면서 냉각 플레이트(10)가 원상태로 복귀할 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 냉각 플레이트(10) 사이에 배터리 셀(B)들이 완전히 끼워넣어진 상태에서는 배터리 셀(B)들에 의한 인장력(P1)과 변위부(14)의 탄성 복원력(P2)이 균형을 이루어 흡열부(12)와 배터리 셀(B)이 서로 밀착될 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 냉각 플레이트(10)는 변위부(14)의 변형과 복원이 가능하도록 탄성계수가 높은 소재로 제작될 수 있다.

본 실시예의 변위부(14)는 주름진 형태로 탄성을 갖도록 구성하였으나, 이와 달리 변위부(14)는, 히트싱크(20)와 고정되는 부위를 축으로 소정 각도 회동 가능하게 마련되는 구조라면 어떠한 구조라도 무방할 수 있다. 예컨대, 변위부는, 도시하지 않았으나, 2개의 힌지(hinge)를 이용한 링크 구조로 구성될 수도 있을 것이다. 즉, 하나의 힌지는 흡열부(12)와 변위부의 연결 부위에 마련하고, 나머지 하나의 힌지는 변위부와 히트싱크(20)의 연결 부위에 마련될 수 있다. 이때, 회전 각도가 제한되는 힌지를 사용하여 냉각 플레이트(10)의 기울기를 조절할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 어느 하나의 냉각 플레이트(10)와 이에 이웃한 냉각 플레이트(10) 간의 폭이 조절가능해 질 수 있다.

말단부(16)는 히트싱크(20) 내부의 냉각 채널(22)에 흐르는 냉매와 직접 접촉하는 부분으로, 흡열부(12)와 변위부(14)로부터 전도된 열을 냉각 채널(22)에 흐르는 냉매에 빠르게 방출시킨다. 도시하지 않았으나, 본 실시예와 달리, 말단부(16)는 끝단이 일 방향 또는 양 방향으로 절곡된 형태로 마련될 수도 있다. 다시 말하면, 유효 방열 면적을 넓히기 위해 말단부의 단면이 대략 "T" 자 형태가 되도록 말단부(16)를 구성할 수 있다. 유체와 고체 간의 열 전달은 유효 방열 면적에 비례하므로, 절곡된 형태의 말단부(16)가 열전달 측면에서 효과적일 수 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이러한 사항에 반드시 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예와 달리, 냉각 플레이트(10)는 히트싱크(20)의 몸체에만 연결되도록 하고 말단부(16)를 생략할 수도 있다.

히트싱크(20)는 대략 사각 박스 형태로, 내부에 냉매가 흐르는 냉각 채널(22)과, 냉매를 유입 및 유출시키기 위한 유입구와 유출구를 포함한다. 그리고 유입구와 유출구에는 각각 냉매를 공급하기 위한 배관(21)이 연결될 수 있다. 상기 냉매는 냉각 채널(22)에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한은 없으며, 기체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물일 수 있다. 그러나 이것에 한정하지 않고, 흐름이 발생하는 것이면, 부동액, 가스 냉매, 공기 등이어도 좋다.

이러한 히트싱크(20)는 열 접촉에 의해 냉각 플레이트(10)의 열을 흡수한다. 그리고 히트싱크(20)는 냉각 채널(22)을 따라 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 즉, 온도 구배에 의해 배터리 셀(B)들의 열은 복수의 냉각 플레이트(10)를 통해 히트싱크(20)에 전달되고, 히트싱크(20)는 냉매에 의해 냉각됨으로서, 배터리 셀(B)들의 온도가 적정하게 유지될 수 있다.

본 실시예에서 히트싱크(20)와 복수의 냉각 플레이트(10)는 서로 일체로 제작될 수 있다. 히트싱크(20)와 복수의 냉각 플레이트(10)가 일체형으로 제작되면, 히트싱크(20)와 냉각 플레이트(10) 간의 접촉 열저항에 따른 손실이 발생하지 않을 수 있다. 여기서 접촉 열저항이란, 서로 다른 물체가 접촉을 하게 되면 발생되는 문제로 표면 조도로 인하여 원활하게 열이 이동되는 것을 저해하는 요인으로 작용하게 것을 의미한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)에 두께가 T1인 배터리 셀(B)들을 조립한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)에 두께가 T2인 배터리 셀(B)들을 조립한 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

배터리 셀 냉각장치(100)는 배터리 셀(B) 적층체 구성에 따라 상부, 하부, 좌측부, 및 우측부 중 적어도 어느 한 곳에서 장착될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)는, 배터리 셀(B)들이 수직 방향으로 층상으로 적층체를 형성하는 경우 배터리 셀(B) 적층체의 좌측부 및 우측부 중 적어도 어느 한 곳에 장착될 수 있고, 배터리 셀(B)들이 세워져 수평 방향으로 적층체를 형성하는 경우 배터리 셀(B) 적층체의 상부 및 하부 중 적어도 어느 한 곳에 장착될 수 있다. 도 5 및 도 6은 후자의 경우를 개략적으로 나타내는 도면에 해당한다.

먼저, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)는, 히트싱크(20)와 5개의 냉각 플레이트(10)를 포함한다. 그리고 냉각 플레이트(10)들은 T1×2의 간격을 갖도록 배열되어 있다. 따라서, 두께 T1인 배터리 셀(B)들을 2개를 한 조로 각각의 냉각 플레이트(10)들 사이 공간에 개재시킬 수 있다. 물론, 이때 냉각 플레이트(10)의 변위부(14)는 변형이 거의 일어나지 않는다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 냉각장치(100)는, 두께가 T2 (T1<T2)로 두께가 T1인 배터리 셀(B)들과 규격이 다른 배터리 셀(B)들과 조립될 수도 있다.

배터리 셀(B)의 두께가 T2인 경우, 2개의 배터리 셀(B)을 냉각 플레이트(10) 사이에 개재하기 위해서는, 특히 흡열부(12)들 사이에 T2*2 만큼의 간격이 필요하다. 이를 위해 전술한 바와 같이, 변위부(14)가 히트싱크(20)에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 회동함으로써 흡열부(12)들의 폭이 같이 넓혀질 수 있다. 즉, 변위부(14)가 주름진 형태로 탄성을 갖도록 되어 있어 2개의 냉각 플레이트(10)를 벌려서 그 사이 공간에 배터리 셀(B)들을 끼워넣을 수 있다. 배터리 셀(B)들이 완전히 끼워넣어진 상태에서는 배터리 셀(B)들에 의한 인장력과 변위부(14)의 탄성 복원력이 균형을 이루어 흡열부(12)와 배터리 셀(B)이 서로 밀착될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 냉각장치(100)와 배터리 셀(B)들의 조립 상태를 살펴보면, 도 6에 도시된 냉각 플레이트(10)의 세번째 변위부(14)를 기준으로 양쪽에 배열된 변위부(14)들은 서로 반대 방향으로 기울어진 상태가 되고, 흡열부(12)들은 T2*2의 간격을 갖게된다. 여기서 각 변위부(14)의 기울기는 세번째 냉각 플레이트(10)를 기준으로 멀어질수록 커질 수 있다. 첫번째, 두번째 변위부(14)의 변형 각도가 θ₁과 θ₂라면, (θ₁> θ₂) 네번째, 다섯번째 변위부(14)의 변형 각도는 -θ₂,-θ₁일 수 있다. 즉, 변위부(14) 전체 변형 각도의 합은 0도 일 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100)는 5개의 냉각 플레이트(10)를 포함하도록 구성하였으나, 적층되는 배터리 셀(B)들의 개수에 따라 5개 이하이거나 그 이상의 냉각 플레이트(10)를 포함하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각 플레이트(10)들의 간격 조절이 가능하게 구성됨으로서, 소정의 범위 내에서 배터리 셀(B)들이 두께가 다르더라도 냉각 장치를 새로이 제작할 필요가 없다. 또한, 냉각장치(100) 제조시 냉각 플레이트(10)들 간의 간격에 다소 공차가 있더라도 배터리 셀(B) 조립이 가능해져 조립 편의성이 향상될 수 있다.

도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100')의 사시도이고, 도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하나의 냉각 플레이트(10)와 일체화된 단위 히트싱크(20a)와, 이들의 조립 상태를 나타내는 사시도이며, 도 9는 도 7의 평면도이고, 도 10은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.

이들 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 냉각장치(100')를 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 전술한 실시예와의 구성상 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 히트싱크(20')는 상호 간 조립 가능하게 마련되는 복수의 단위 히트싱크(20a)를 포함한다. 그리고 단위 히트싱크(20a)에는 하나의 냉각 플레이트(10)가 접속되도록 구성한다. 이때, 단위 히트싱크(20a)와 하나의 냉각 플레이트(10)는 전술한 실시예와 같이 일체로 제작될 수 있다.

각각의 상기 단위 히트싱크(20a)는 내부에 유로를 형성하는 냉각 채널(22)과, 냉각 채널(22)의 전후에는 각각 유입구(23)와 유출구(24)를 구비할 수 있다. 유입구(23)와 유출구(24)를 개념상 구분하고 있으나, 이들은 단위 히트싱크(20a)에 형성된 개구로 이해될 수 있다.

그리고 단위 히트싱크(20a)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 일 측면에서 내측으로 함몰 형성된 홈부(26)와, 타 측면에서 외측으로 돌출 형성된 돌출부(27)를 더 구비할 수 있다. 이에 어느 하나의 단위 히트싱크(20a)의 돌출부(27)가 다른 하나의 단위 히트싱크(20a)의 홈부(26)에 억지끼움됨으로서 두개의 단위 히트싱크(20a)들이 한 몸체가 될 수 있다. 여기서, 도 8과 같이, 단위 히트싱크(20a)가 직육면체의 형상의 박스 형태로 마련될 때, 유입구(23)와 유출구(24)가 구비되는 부분을 단위 히트싱크(20)의 정면과 배면이라고 하면, 상기 일 측면과 타 측면은 좌측면과 우측면을 의미할 수 있다.

도 7 및 도 9 내지 도 10을 참조하면, 단위 히트싱크(20a)의 조립에 의해 냉각 채널(22)들은 서로 구획되어 있다. 이들 구획된 냉각 채널(22)들은 별도의 연결 파이프(25)로 연결될 수 있다. 즉, 연결 파이프(25)는 어느 하나의 단위 히트싱크(20)에 구비되는 유출구(24)와 이웃하게 배치되는 다른 하나의 단위 히트싱크(20)에 구비되는 유입구(23)를 연결한다. 따라서 외부에서 유입된 냉매는 구획된 냉각 채널(22)들을 따라 지그재그 형태로 흐를 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 단위 히트싱크(20a)들을 필요한 개수만큼 조립함으로서 냉각장치(100)를 다양한 형태로 쉽게 제작할 수 있다. 따라서, 다양한 구성을 갖는 배터리 셀(B) 적층체에 대한, 냉각장치(100)의 설치 및 운용이 매우 간편해질 수 있다.

도 11은, 도 8의 냉각 플레이트(10)와 단위 히트싱크(20b)의 변형예를 나타내는 사시도이다.

전술한 단위 히트싱크(20a)와 본 변형예에 따른 단위 히트싱크(20b)를 구분하기 위해 전자는 제1 단위 히트싱크(20a)로 지칭하고, 후자는 제2 단위 히트싱크(20b)로 지칭한다.

도 8의 제1 단위 히트싱크(20a)에는 하나의 냉각 플레이트(10)가 일체로 구성되어 있음에 비해, 본 변형예에 따른 제2 단위 히트싱크(20b)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 전술한 제1 단위 히트싱크(20a)의 폭의 대략 2배로 제작될 수 있고, 두개의 냉각 플레이트(10)와 일체로 구성될 수 있다. 이러한 제2 단위 히트싱크(20b)들을 복수 개 조합하거나, 제2 단위 히트싱크(20b)와 제1 단위 히트싱크(20a)를 복수 개 조합할 경우, 조립 편의성이 높아져 보다 간편하고 효율적으로 배터리 셀 냉각장치(100')를 구성할 수 있다. 물론, 도시하지 않았으나, 본 변형예와 유사하게 3개 이상의 냉각 플레이트(10)와 단위 히트싱크를 일체로 제작할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상술한 배터리 셀 냉각장치(100,100')를 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 배터리 모듈은, 배터리 셀 적층체를 커버하기 위한 케이스, 배터리 셀(B)들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 상기 배터리 모듈은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 IT 제품군 등에도 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 배터리 셀 냉각장치 10 : 냉각 플레이트
12: 흡열부 14: 변위부
16: 말단부 20: 히트싱크
22: 냉각 채널 26: 홈부
27: 돌출부 20a,20b : 단위 히트싱크

Claims

내부에 냉매가 흐르는 냉각 채널이 형성된 중공 구조의 히트싱크; 및
열 전도성 소재의 판상 형태로, 미리 결정된 간격으로 상호 간 이격된 위치에서 상기 히트싱크에 접속되는 복수의 냉각 플레이트를 포함하며,
상기 냉각 플레이트는,
배터리 셀의 일면과 대면하는 흡열부, 상기 흡열부의 단부에서 연장되어 상기 히트싱크에 접속되고, 상기 히트싱크에 접속되는 부위를 축으로 소정 각도 회동 가능하게 마련되는 변위부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 변위부는, 상기 배터리 셀과 상기 히트싱크 사이 공간에서 길이가 신축되도록 주름진 형태로 탄성을 갖도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 히트싱크와 상기 복수의 냉각 플레이트는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각 플레이트는,
상기 변위부의 단부에서 상기 히트싱크의 내부까지 연장되어 상기 냉각 채널에 노출되는 말단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제4항에 있어서,
상기 말단부는, 끝단이 일 방향 또는 양 방향으로 절곡된 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 히트싱크는, 상호 간 조립 가능하게 마련되는 복수의 단위 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 단위 히트싱크는, 일 측면에서 내측으로 함몰 형성된 홈부와, 타 측면에서 외측으로 돌출 형성된 돌출부를 구비하고,
어느 하나의 단위 히트싱크의 돌출부가 다른 하나의 단위 히트싱크의 홈부에 억지끼움되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 단위 히트싱크는, 상기 복수의 냉각 플레이트 중 하나의 냉각 플레이트와 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 단위 히트싱크는, 상기 복수의 냉각 플레이트 중 적어도 2개 이상의 냉각 플레이트와 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 단위 히트싱크와 상기 냉각 플레이트는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 단위 히트싱크들은 각각, 상기 냉각 채널과, 상기 냉각 채널에 냉매가 유입 및 유출될 수 있도록 유입구와 유출구를 구비하고,
어느 하나의 상기 단위 히트싱크에 구비되는 유출구와 이웃하게 배치되는 다른 하나의 상기 단위 히트싱크에 구비되는 유입구를 연결하는 파이프 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제14항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.