WO2024257987A1 - 배터리 팩 그리고 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same. More specifically, the present invention relates to a battery pack and a vehicle in which the flow rate of a cooling medium flowing into a battery module can be evenly distributed.
  • Secondary batteries which have high applicability according to product group and electrical characteristics such as high energy density, are widely used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by electric power sources. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for environmental friendliness and energy efficiency enhancement, not only because they can drastically reduce the use of fossil fuels, but also because they do not generate any by-products from energy use.
  • the types of secondary batteries widely used today include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • a high output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery module or battery pack.
  • a plurality of battery cells are connected in parallel to form a battery module or battery pack in order to increase the charge/discharge capacity. Accordingly, the number of battery cells included in the battery module or pack can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including a plurality of battery cells includes a heat sink for cooling the battery cells that generate heat.
  • a battery pack including a plurality of battery modules supplies a cooling medium to the heat sink of each battery module to lower the temperature of the battery cells when they generate heat.
  • the amount of cooling medium flowing into the heat sink of each battery module is not equal, the cooling performance of each heat sink will differ, resulting in a temperature difference between the battery modules. For example, if less cooling medium flows into a battery module, the battery cells in that battery module will reach their allowable temperature faster and deteriorate faster than the battery cells in other battery modules. If the cooling medium does not flow into each battery module equally, resulting in a temperature difference between the battery cells, the lifespans of the battery cells will differ, and the performance of all battery cells will not be utilized to the fullest extent.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack and an automobile including the same capable of minimizing the temperature difference between battery cells or battery modules by equalizing the flow rate of cooling medium supplied to each battery module.
  • the present invention provides a battery pack including: a plurality of battery modules including a plurality of battery cells; a cooling pipe assembly supplying a cooling medium to each of the plurality of battery modules; and a plurality of insertion ports configured to connect each of the plurality of battery modules and the cooling pipe assembly to each other, wherein a communication hole configured to communicate with the insertion port is formed in each of the plurality of insertion ports in the cooling pipe assembly, and the cross-sectional area of the communication hole is differentially configured so that the flow rate of the cooling medium supplied to each of the plurality of battery modules through the communication hole is equalized.
  • the above cooling pipe assembly includes a plurality of cooling pipes configured to allow the cooling medium to flow; and a plurality of connectors in which adjacent cooling pipes among the plurality of cooling pipes are coupled with the insertion port; and the communication hole can be configured to communicate with each of the plurality of connectors.
  • a battery pack according to the present invention further includes a pack case configured to accommodate the plurality of battery modules and the cooling pipe assembly, wherein the plurality of connectors and the plurality of insertion ports are arranged along one direction of the pack case, and a cross-sectional area of the communication hole may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case.
  • the above cooling pipe assembly is provided as a pair facing each other based on the plurality of battery modules, and further includes an inlet port provided on one side of the pack case and configured to allow the cooling medium to flow in, and a discharge port provided on one side of the pack case and configured to face the inlet port and to allow the cooling medium to flow out, and the cross-sectional area of the communication hole may be provided to become larger the farther away it is from the inlet port or the discharge port.
  • Each of the plurality of battery modules may further include a heat sink for cooling the plurality of battery cells, and the insertion ports may be configured to connect the heat sink and the plurality of connectors, respectively.
  • Each of the plurality of connectors may include a port insertion portion into which the insertion port is inserted and which includes the communication hole, and a pipe insertion portion configured to communicate with the port insertion portion and to which at least one of the plurality of cooling pipes is coupled.
  • the above insertion port may include a catch portion configured to protrude at least partially outwardly and catch on a distal end of the port insertion portion.
  • the above insertion port may be provided such that the upper end of the port insertion portion is coupled from the lower portion of the port insertion portion so that the lower end of the port insertion portion is supported by the catch portion.
  • the battery pack according to the present invention may further include an insertion pipe inserted into the interior of the insertion port so that the cross-sectional area of the communication hole is different for each insertion port.
  • the inner diameter of the above insertion pipe may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case.
  • the above insertion pipe may include a body portion inserted into the insertion port and a mounting portion extending from the body portion and mounted at an end of the insertion port.
  • the above insertion pipe may include a guide projection at least partially protruding outward, and the insertion port may include a guide groove at least partially recessed to correspond with the guide projection so that the guide projection is slidably engaged.
  • the above port insertion portion may be provided with a first connector hole into which the insertion port is inserted and an end of the insertion port is positioned, and a second connector hole that extends from the first connector hole in the insertion direction of the insertion port and is defined as a remaining portion excluding the first connector hole, and is configured to have a different cross-sectional area of the communication hole for each insertion port.
  • the cross-sectional area of the second connector hole may be provided to become larger in one direction of the pack case.
  • the above port insertion portion may further include a protrusion protruding inwardly from at least a portion of the second connector hole.
  • the length of the above protrusion may be provided to become smaller as it goes in one direction of the pack case.
  • At least one of the above protrusions is provided, and the number of the above protrusions may decrease as they go in one direction of the pack case.
  • the spacing between the above protrusions may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case.
  • the present invention provides an automobile characterized by including a battery pack according to the present invention.
  • a cooling medium is evenly supplied to each battery module to lower the temperature of the battery cell and extend the life of the battery cell.
  • the performance of the battery pack can be maximized by minimizing the temperature difference between battery cells or battery modules by equalizing the flow rate of the cooling medium supplied to each battery module.
  • a cooling medium is supplied using an insertion port of the same size for each battery module, thereby facilitating design changes and improving productivity.
  • the possibility of mixing when assembling a battery module into a battery pack is reduced, so assembling efficiency is improved and cost and time can be reduced.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or an explanation of effects that can be easily inferred by a person skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the main components of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view of part A of Figure 3.
  • Figure 5 is an enlarged view of part B of Figure 4.
  • FIG. 6 is a modified drawing of FIG. 5, showing an insertion pipe included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is an X-Z cross-sectional view of Figure 6.
  • FIG. 8 is an X-Z cross-sectional view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a drawing for explaining a modified example of an insertion pipe.
  • Figure 10 is a drawing for explaining another modified example of an insertion pipe.
  • FIG. 11 is an X-Y cross-sectional perspective view of a connector included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is an X-Z cross-sectional view of Figure 11.
  • FIG. 13 is an X-Z cross-sectional view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an X-Y cross-sectional perspective view of a connector included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view of a vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the X-axis direction depicted in the drawing may mean a horizontal direction or a front-back direction
  • the Y-axis direction may mean a left-right direction perpendicular to the X-axis direction and the horizontal plane (X-Y plane)
  • the Z-axis direction may mean an up-down direction (vertical direction) perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of major components of a battery pack according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of portion A of FIG. 3
  • FIG. 5 is an enlarged view of portion B of FIG. 4.
  • a battery pack (10) according to one embodiment of the present invention includes a battery module (100), a cooling pipe assembly (200), and an insertion port (400).
  • the battery module (100) may include a plurality of battery cells (110).
  • the battery cell (110) may be any type of secondary battery, such as a square, cylindrical or pouch-shaped battery cell. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the battery cell (110) is provided as a cylindrical battery cell as an example.
  • the plurality of battery cells (110) may be arranged in rows and columns within the battery module (100).
  • the plurality of battery cells (110) may be arranged in a single row in a horizontal direction (X-axis direction) and a left-right direction (Y-axis direction) and a vertical direction (Z-direction) while lying down, as illustrated in FIG. 3.
  • the plurality of battery cells (110) may be electrically connected to each other.
  • each of the plurality of battery modules (100) may include battery cells (110) arranged in two rows in the horizontal direction (X-axis direction).
  • a plurality of battery modules (100) including a plurality of such battery cells (110) may be provided in a battery pack (10).
  • a plurality of battery modules (100) may be arranged in a row in a horizontal direction (X-axis direction) as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the cooling pipe assembly (200) may be configured to supply a cooling medium to each of a plurality of battery modules (100).
  • the insertion port (400) may be configured to connect a plurality of battery modules (100) and a cooling pipe assembly (200) to each other.
  • the insertion port (400) may be provided in a plurality to individually connect a plurality of battery modules (100) and a cooling pipe assembly (200).
  • the insertion port (400) may be configured to be coupled to the cooling pipe assembly (200).
  • the insertion port (400) may be configured to be inserted into and coupled to the cooling pipe assembly (200).
  • the insertion port (400) is configured to communicate with the cooling pipe assembly (200) so that a cooling medium supplied from the cooling pipe assembly (200) may flow. Accordingly, the cooling medium supplied from the cooling pipe assembly (200) may flow to the battery module (100) through the insertion port (400).
  • the above insertion port (400) may be provided in a hollow shape including an outer wall and an inner wall.
  • the outer diameter of the insertion port (400) may be provided to be the same as the inner diameter of the portion of the cooling pipe assembly (200) into which the insertion port (400) is inserted.
  • a communication hole (H) may be formed in the cooling pipe assembly (200).
  • the communication hole (H) may be defined as a portion where the cooling pipe assembly (200) communicates with the insertion port (400).
  • the communication hole (H) may be defined as the end of the insertion port (400).
  • the communication hole (H) may be formed in each of a plurality of insertion ports (400).
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) may be configured differently so that the flow rate of the cooling medium supplied to each of the plurality of battery modules (100) through the communication hole (H) becomes equal.
  • the flow rate of the cooling medium flowing into any one communication hole (H) is proportional to the product of the flow rate of the cooling medium at the corresponding location and the cross-sectional area of the communication hole (H).
  • the flow rate of the cooling medium in the communication hole (H) may vary depending on the location of the communication hole (H) within the battery pack (10). In such a case, by making the cross-sectional area of the communication hole (H) different for each location, the flow rate of the cooling medium can be made equal regardless of the location within the battery pack (10).
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) may be configured differently for each insertion port (400).
  • the cross-sectional area may be defined as the cross-sectional area of the battery pack (10) cut in a horizontal direction, that is, the cross-sectional area in the X-Y plane.
  • the diameter of the communication hole (H) may be configured differently for each insertion port (400). This is because the cross-sectional area of the communication hole (H) is proportional to the square of (diameter/2) of the communication hole (H).
  • the diameters of the communication holes (H) that communicate with the insertion ports (400) provided in each of the plurality of battery modules (100) may be provided differently so that the flow rate of the cooling medium supplied to each of the plurality of battery modules (100) becomes equal.
  • the flow rate of the cooling medium flowing into the plurality of battery modules (100) can be controlled to distribute it evenly to each battery module (100).
  • the outer diameter of the insertion port (400) can be provided at a constant level. Accordingly, when the cooling medium flows into the insertion port (400) through the communication hole (H), the state in which the insertion port (400) is coupled to the cooling pipe assembly (200) can be maintained.
  • the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) is evenly distributed, thereby lowering the temperature of the battery cell (110) and extending the life of the battery cell (110).
  • the flow rate of the cooling medium supplied to each battery module (100) is made equal, thereby minimizing the temperature difference between the battery modules (100), thereby maximizing the performance of the battery pack (10).
  • the battery module (100) may include a module frame (120).
  • the module frame (120) may be configured to maintain the spacing between the battery cells (110).
  • the module frame (120) may be made of, for example, a metal material or a plastic material.
  • the module frame (120) may have holes formed into which a plurality of battery cells (110) are inserted.
  • the above module frame (120) may include a module top frame (121) and a module bottom frame (122).
  • the above module top frame (121) may maintain the spacing between the battery cells (110) at the top of the plurality of battery cells (110).
  • the module top frame (121) may have holes formed into which the tops of the plurality of battery cells (110) are inserted.
  • a plurality of battery cells (110) may be mounted on the module bottom frame (122).
  • the module bottom frame (122) may be provided at the bottom of the plurality of battery cells (110) so that the plurality of battery cells (110) may be mounted and fixed.
  • the module bottom frame (122) may have a structure formed into which the lower portions of the plurality of battery cells (110) are inserted.
  • two module bottom frames (122) in one battery module (100) may be provided facing each other.
  • the cooling pipe assembly (200) may include a cooling pipe (210) and a connector (220).
  • the cooling pipe (210) may be configured to have a hollow shape so that a cooling medium can flow.
  • the cooling pipe (210) may be provided in multiple numbers, and may be arranged on both sides of the multiple battery modules (100).
  • the multiple cooling pipes (210) may be arranged in a row.
  • the multiple cooling pipes (210) may be provided in a ⁇ -shaped pipe shape, and may be arranged in a row along the front-back direction (X-axis direction), and may be provided to face each other on both sides of the multiple battery modules (100).
  • the connector (220) may be configured to couple two adjacent cooling pipes (210) among a plurality of cooling pipes (210).
  • the connector (220) may be configured to couple an insertion port (400). That is, the connector (220) may be configured to couple at least one cooling pipe (210) and an insertion port (400) simultaneously.
  • the above connectors (220) may be provided in multiple numbers and arranged in a row.
  • the connectors (220) may be arranged on both sides of the multiple battery modules (100).
  • the multiple cooling pipes (210) may be arranged in a row along the front-back direction (X-axis direction) and may be arranged to face each other on both sides of the multiple battery modules (100).
  • the above communication hole (H) may be configured so that a plurality of connectors (220) and a plurality of insertion ports (400) are individually communicated with each other.
  • the communication hole (H) may be formed at each portion where the insertion ports (400) are coupled inside the plurality of connectors (220).
  • the cross-sectional areas of the communication holes (H) may be configured differently so that the amount of cooling medium flowing in from the connectors (220) is equalized.
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) can be made different so that the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) can be distributed evenly. Accordingly, since one size of the insertion port (400) can be used for each battery module (100), design changes can be made easy and productivity can be improved.
  • the battery pack (10) may further include a pack case (300).
  • the pack case (300) may be configured to accommodate a plurality of battery modules (100) and a cooling pipe assembly (200).
  • the pack case (300) may include a case frame (310) that forms a lower surface of the pack case (300) and includes a square bottom surface on which a plurality of battery modules (100) are mounted, and side surfaces extending upward from each corner of the bottom surface to surround the plurality of battery modules (100).
  • the bottom surface may be provided in an approximately square plate shape, and the side surfaces may include walls in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the pack case (300) may include a pack lid (320) configured to cover the upper portion of the case frame (310).
  • the above-described plurality of connectors (220) and the above-described insertion ports (400) may be arranged along one direction of the pack case (300).
  • one direction of the pack case (300) may be defined as the +X-axis direction.
  • the cross-sectional area of the above communication hole (H) may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300).
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) may be provided to become larger as it goes in the +X-axis direction.
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) provided on the other side of the pack case (300) may be provided to be larger than the cross-sectional area of the communication hole (H) provided on one side of the pack case (300).
  • the cooling pipe assemblies (200) may be provided in pairs facing each other with respect to the plurality of battery modules (100).
  • the plurality of cooling pipes (210) and connectors (220) may be provided facing each other on both sides of the plurality of battery modules (100) and may be provided symmetrically with respect to each other with respect to the Y-axis.
  • the cooling pipe assembly (200) may include an inlet port (230) and a discharge port (240). Both the inlet port (230) and the discharge port (240) may be provided on one side of the pack case (300), for example, the front side.
  • the inlet port (230) may be configured to allow a cooling medium to be introduced.
  • the discharge port (240) may be provided to face the inlet port (230).
  • the discharge port (240) may be configured to allow a cooling medium to be discharged.
  • the inlet port (230) and the discharge port (240) may be provided to communicate with the cooling pipe (210).
  • the pack case (300) may include an inlet (I) through which a cooling medium is introduced from the outside and an outlet (O) through which a cooling medium is discharged to the outside.
  • the inlet (I) and the outlet (O) may be provided to be connected to an inlet port (230) and an outlet port (240), respectively.
  • the cross-sectional area of the above communication hole (H) may be provided to become larger as it gets farther away from the inlet port (230) or the discharge port (240).
  • the inlet port (230) and the discharge port (240) are provided on one side of the pack case (300), for example, the front side, and the cross-sectional area of the communication hole (H) may be provided to become larger as it gets farther away from the pack case (300) in one direction (+X-axis direction).
  • the flow rate of the cooling medium flowing into the battery module (100) decreases as the battery module (100) is located farther away from the inlet (I) or the outlet (O) of the pack case (300), and thus the flow rate may gradually decrease.
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) is provided to be larger as the distance from the inlet port (230) or the outlet port (240) increases, the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) can be made equal regardless of the distance between each battery module (100) and the inlet (I) or the outlet (O). As a result, the safety of the battery pack (10) can be improved by minimizing the temperature difference between the battery modules (100).
  • each of a plurality of battery modules (100) may further include a heat sink (130).
  • the heat sink (130) may be configured to cool a plurality of battery cells (110) or battery modules (100).
  • the heat sink (130) may be provided between a plurality of module frames (120).
  • two module bottom frames (122) may be provided to face each other, and the heat sink (130) may be provided between the two module bottom frames (122).
  • the heat sink (130) may be provided closer to the bottom than the top of the pack case (300).
  • the insertion port (400) may be provided in an L-shape to connect the heat sink (130) provided at the bottom and the connector (220).
  • the above insertion port (400) is configured to individually connect the heat sink (130) and the plurality of connectors (220), so that the cooling medium flowing through the cooling pipe assembly (200) can be introduced into each battery module (100). With this configuration, the cooling medium can be directly introduced into the heat sink (130), thereby quickly lowering the temperature of each battery module (100) when it generates heat.
  • each of the plurality of connectors (220) may include a port insertion portion (221) and a pipe insertion portion (222).
  • the above port insertion portion (221) may be configured to allow the insertion port (400) to be inserted.
  • the inner diameter of the port insertion portion (221) may be provided to be the same as or similar to the outer diameter of the insertion port (400).
  • the above pipe insertion portion (222) may be configured to communicate with the port insertion portion (221).
  • the pipe insertion portion (222) may be configured to be coupled with at least one of a plurality of cooling pipes (210).
  • the outer diameter of the pipe insertion portion (222) may be provided to be inserted into the inner diameter of the cooling pipe (210).
  • the outer diameter of the pipe insertion portion (222) may be provided to be larger than the inner diameter of the cooling pipe (210), so that the cooling pipe (210) may be forcibly fitted when inserted into the pipe insertion portion (222).
  • leakage of the cooling medium may be prevented when flowing between the cooling pipe (210) and the pipe insertion portion (222).
  • a plurality of cooling pipes (210) may be inserted into both sides of the pipe insertion portion (222). That is, the plurality of connectors (220) may be configured so that at least one cooling pipe (210) and the insertion port (400) are coupled simultaneously.
  • the connector (220) is provided in a T shape so that two cooling pipes (210) may be inserted into both sides in the X-axis direction, and the insertion port (400) may be inserted into the Z-axis direction.
  • the above port insertion portion (221) may be provided with a communication hole (H) inside. That is, the communication hole (H) may be formed at a portion where the port insertion portion (221) and the insertion port (400) communicate.
  • the insertion port (400) may include a catch (410).
  • the catch (410) may be provided so that at least a portion of the outer wall of the insertion port (400) protrudes outward.
  • the catch (410) may be provided so as to catch on the end of the port insertion portion (221). That is, the outer diameter of the catch (410) may be provided to be larger than the inner diameter of the port insertion portion (221). Accordingly, the insertion depth when the insertion port (400) is inserted into the port insertion portion (221) may be adjusted.
  • the insertion port (400) may be coupled upwardly from the lower portion of the port insertion portion (221).
  • the lower end of the port insertion portion (221) may be supported by the catch portion (410).
  • the insertion port (400) is inserted into the port insertion portion (221) only to a certain depth, thereby allowing the cooling medium to smoothly flow into the insertion port (400) through the communication hole (H).
  • FIG. 6 is a modified drawing of FIG. 5, showing an insertion pipe included in a battery pack according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an X-Z cross-sectional view of FIG. 6
  • FIG. 8 is an X-Z cross-sectional view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the battery pack (10) may further include an insertion pipe (500).
  • the insertion pipe (500) may be configured to be inserted into the insertion port (400).
  • the insertion pipe (500) may be provided in a pipe shape including an outer wall and an inner wall.
  • the outer diameter of the insertion pipe (500) may be provided to be the same as or similar to the inner diameter of the insertion port (400).
  • the insertion pipe (500) may be provided so that each communication hole (H) has a different cross-sectional area.
  • the communication hole (H) may be formed at a portion where the connector (220) and the insertion pipe (500) communicate.
  • the cross-sectional area of the insertion pipe (500) may be provided differently for each insertion port (400) into which the insertion pipe (500) is inserted, so that the flow rate of the cooling medium flowing in through the communication hole (H) may be evenly distributed. Even if the cross-sectional areas of the communication holes (H) are different, the outer diameters of the insertion pipes (500) may be provided to be the same. In other words, the cross-sectional area or inner diameter of the insertion pipe (500) inserted into the insertion port (400) is different, so that the cross-sectional area of the communication hole (H) is different.
  • the insertion pipe (500) can be inserted downward (in the -Z-axis direction) from the top of the insertion port (400).
  • the cross-sectional area or inner diameter of the insertion pipe (500) inserted into the insertion port (400) is provided differently, regardless of the position of each battery module (100), only an insertion port (400) of the same size needs to be manufactured without changing the inner diameter of the insertion port (400), so the problem of module mixing during assembly is minimized, and thus the assembling efficiency can be improved.
  • an insertion pipe (500) having a set inner diameter according to the position of each battery module (100) is inserted into the insertion port (400), so that productivity can be improved when assembling the battery pack (10).
  • each insertion port (400) is different to control the flow rate, there is a disadvantage in that insertion ports (400) with various inner diameters must be developed, and there is also a concern that mixing may occur when assembling the battery module (100) into the battery pack (10).
  • the insertion port (400) instead of providing insertion ports (400) with various inner diameters, the insertion port (400) is provided in only one size, and instead, the insertion pipe (500) inserted into the insertion port (400) can be different to achieve the effect of differentially configuring the cross-sectional area of the communication hole (H). In this case, after all battery modules (100) are assembled in the pack case (300), different insertion pipes (500) can be inserted into the insertion port (400) of each battery module (100), so that the mixing problem of the battery modules (100) can be avoided.
  • the inner diameter (D) of the insertion pipe (500) may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300). That is, the inner diameter of the insertion pipe (500) may be provided to become larger as it goes in the +X-axis direction.
  • the +X-axis direction may be defined as a direction away from the inlet (I) or the outlet (O).
  • the diameter of the communication hole (H) may also be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300). That is, the inner diameter of the insertion pipe (500) may be provided to be the same as the diameter of the communication hole (H).
  • the inner diameter (D1) of the insertion pipe (500) inserted into the insertion port (400) connected to the battery module (100) that is provided closest to the inlet (I) or the outlet (O) may be provided to be the smallest.
  • the inner diameter (D3) of the insertion pipe (500) inserted into the insertion port (400) connected to the battery module (100) that is provided farthest from the inlet (I) or the outlet (O) may be provided to be larger than D1.
  • the further away a battery module (100) is from the inlet (I) or outlet (O) of the pack case (300), the lower the flow rate of the cooling medium flowing into the battery module (100).
  • the further away a battery module is from the inlet (I) or outlet (O), the larger the inner diameter of the insertion pipe (500) is, and thus the larger the cross-sectional area of the communication hole (H) is, so that the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) can be made equal.
  • Figure 9 is a drawing for explaining a modified example of an insertion pipe.
  • the insertion pipe (500) may include a body portion (510) and a mounting portion (520).
  • the above body part (510) may be a part inserted into the inside of the insertion port (400).
  • the body part (510) may be provided in a pipe shape, and the outer diameter of the body part (510) may be provided to be the same as the inner diameter of the insertion port (400).
  • the inner diameter of the body part (510) may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300). That is, the inner diameter of the body part (510) may be provided to become larger as it goes in the +X-axis direction.
  • the above-mentioned fixing portion (520) may be formed in a plate shape by extending from the body portion (510).
  • a hole configured to allow a cooling medium to pass through may be formed in the above-mentioned fixing portion (520).
  • the diameter of the hole may be formed to be the same as the inner diameter of the body portion (510). Accordingly, when the insertion pipe (500) is inserted into the insertion port (400), the communication hole (H) may be defined by the hole.
  • the fixing portion (520) may be configured to extend from the upper portion of the body portion (510) in the outer diameter direction of the insertion port (400) and be fixed at the upper end of the insertion port (400).
  • the outer diameter of the fixing portion (520) may be provided to be larger than the diameter of the hole, but may be provided so as not to extend beyond the outermost wall of the insertion port (400).
  • the thickness of the mounting portion (520) may be provided to be very small compared to the thickness of the body portion (510). Even if the inner diameter of the body portion (510) is provided differently for each insertion pipe (500), the thickness of the mounting portion (520) may be provided to be constant. Accordingly, the flow of the cooling medium flowing from the connector (220) to the body portion (510) may not be impeded.
  • the depth at which the body part (510) is inserted into the insertion port (400) can be determined as the fixing part (520) is fixed in the insertion port (400).
  • the fixing part (520) can be held to easily remove the insertion pipe (500).
  • Figure 10 is a drawing for explaining another modified example of an insertion pipe.
  • the insertion pipe (500) may include a guide protrusion (530).
  • the guide protrusion (530) may be formed on the outer wall of the insertion pipe (500). Specifically, the guide protrusion (530) may be provided such that at least a portion of the outer wall of the insertion pipe (500) protrudes outward.
  • the guide protrusion (530) may be formed continuously or intermittently along the longitudinal direction (Z-axis direction) of the insertion pipe (500).
  • the guide protrusions (530) may be formed radially in multiple numbers on the outer wall of the insertion pipe (500).
  • the length of the guide protrusions (530) may be provided to be smaller than the length at which the insertion pipe (500) is inserted into the insertion port (400).
  • the guide protrusion (530) may be provided to be shorter than the length from the end of the insertion port (400) to the catch (410).
  • the insertion port (400) may include a guide groove (420) configured to allow the guide protrusion (530) to be inserted.
  • the guide groove (420) may be formed on the inner wall of the insertion port (400). Specifically, the guide groove (420) may be provided by recessing at least a portion of the inner wall of the insertion port (400). The recessed depth, position, etc. of the guide groove (420) may be provided to correspond to the guide protrusion (530).
  • the guide groove (420) may be configured so that the guide protrusion (530) is slidably coupled from above.
  • the guide groove (420) may be formed continuously along the longitudinal direction (Z-axis direction) of the insertion port (400).
  • the guide groove (420) may be formed to correspond to a certain portion of the longitudinal direction of the insertion port (400), that is, the length of the guide protrusion (530).
  • the guide groove (420) may be provided with a catch for supporting the distal end of the guide protrusion (530).
  • the depth at which the insertion pipe (500) is inserted can be determined by the lower end of the guide protrusion (530) being caught in the catch of the guide groove (420).
  • FIG. 11 is an X-Y cross-sectional perspective view of a connector included in a battery pack according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is an X-Z cross-sectional view of FIG. 11
  • FIG. 13 is an X-Z cross-sectional view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the port insertion portion (221) may be provided with a first connector hole (C1) and a second connector hole (C2).
  • the first connector hole (C1) may be defined as a portion where the insertion port (400) is inserted and where the end of the insertion port (400) is located.
  • the second connector hole (C2) may be provided at a portion extending from the first connector hole (C1) in the insertion direction of the insertion port (400).
  • the insertion port (400) is not inserted into the second connector hole (C2), and may be defined as the remaining portion of the port insertion portion (221) excluding the first connector hole (C1).
  • the communication hole (H) may be defined as a portion where the second connector hole (C2) of the connector (220) and the insertion port (400) communicate. That is, the communication hole (H) may be defined as a second connector hole (C2).
  • the second connector hole (C2) may be configured to have a different cross-sectional area of the communication hole (H) for each insertion port (400).
  • the cross-sectional area of the second connector hole (C2) may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300).
  • the diameter of the communication hole (H) may also be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300). That is, the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) may be provided to be the same as the diameter of the communication hole (H).
  • the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) provided on the other side of the pack case (300) may be larger than the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) provided on one side of the pack case (300).
  • the inner diameter (D'1) of the second connector hole (C2) formed in the connector (220) provided closest to the inlet (I) or the outlet (O) may be provided to be the smallest.
  • the inner diameter (D'3) of the second connector hole (C2) formed in the connector (220) provided farthest from the inlet (I) or the outlet (O) may be provided to be larger than D'1.
  • the cross-sectional area or inner diameter (D') of the second connector hole (C2) which is the portion where the insertion port (400) is not inserted
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) is also provided differently, so that the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) can be made equal regardless of the position of each battery module (100).
  • productivity can be improved.
  • the insertion port (400) needs to be developed in only one size, the design change of each battery module (100) or the insertion port (400) can be made easy.
  • the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) which is the part where the insertion port (400) is not inserted, is made different, so that the cross-sectional area of the communication hole (H) can be differentially applied depending on the location within the battery pack (10) of the battery module (100), as in the previously described embodiment.
  • the results of analyzing the flow rate of the cooling medium actually flowing into the heat sink (130) of each battery module (100) are examined.
  • the flow analysis used the commercial STAR-CCM+ program commonly used in CFD flow analysis.
  • a three-dimensional steady state, a gravity of 9.81 m/s 2 in the -Z direction were considered, and realizable k- ⁇ was applied as the turbulence model.
  • nine battery modules (100) were used as shown in Fig. 2, and the total flow rate of the cooling medium was set to 10 LPM. That is, the flow rate of the cooling medium flowing into each of the nine battery modules (100) must be evenly distributed as 1.11 LPM (11.1%), which is 10 LPM/9, in order to maximize the performance of the battery pack including such battery modules (100).
  • the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) is calculated, and as a result, the cooling medium flowing into each battery module (100) flows in at a rate of 16.5%, 14.5%, 12.8%, 11.3%, 10.3%, 9.4%, 8.7%, 8.3%, and 8.2%, respectively, starting from the battery module (100) closest to the inlet (I) or the outlet (O).
  • the cooling medium flowing in gradually decreases from the battery module (100) closest to the inlet (I) or the outlet (O) to the battery module (100) farthest from the inlet (I) or the outlet (O), and thus is uneven.
  • the flow rate deviation the flow rate deviation in the comparative example is 8.3% (0.83 LPM), which is 16.5%-8.2%.
  • the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100) was calculated, and the flow rate was 11.0%, 11.1%, 11.3%, 11.1%, 11.6%, 11.5%, 11.2%, 10.7%, and 10.5%, respectively.
  • the flow rate of the cooling medium flowing in from the battery module (100) equipped closest to the inlet (I) or the outlet (O) to the battery module (100) equipped farthest from the inlet (I) or the outlet (O) is almost equal without a tendency to decrease as in the comparative example.
  • the differential application of the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) of the connector (220) corresponds to the present invention, and the flow rate deviation at this time is 1.1% (0.11 LPM), which is 11.6%-10.5%.
  • the flow rate deviation of 1.1% in the case of the present invention where the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) of the connector (220) is differentially applied is significantly smaller than the flow rate deviation of 8.3% in the comparative example where all inner diameters (D') of the second connector hole (C2) of the connector (220) are the same, so that the temperature deviation between the battery modules (100) can be minimized according to the present invention.
  • the inner diameter (D') of the second connector hole (C2) of the connector (220) may vary to more evenly distribute the flow rate of the cooling medium flowing into each battery module (100), and the optimal size may be found based on the flow analysis experiment.
  • FIG. 14 is an X-Y cross-sectional perspective view of a connector included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the port insertion portion (221) may further include a protrusion (P).
  • the protrusion (P) may be provided so as to protrude inwardly from at least a portion of the second connector hole (C2).
  • the protrusion (P) may be provided in an annular shape along the inner circumference of the second connector hole (C2). As the protrusion (P) is provided, the diameter or cross-sectional area of the communication hole (H) may be changed by the protrusion (P) without changing the inner diameter of the second connector hole (C2) itself.
  • the length of the protrusion (P) protruding from the second connector hole (C2) may be provided to become smaller as it goes in one direction of the pack case (300). That is, the cross-sectional area of the second connector hole (C2) shielded by the protrusion (P) may be provided to become smaller as it goes in one direction of the pack case (300). Accordingly, the cross-sectional area of the second connector hole (C2) may be provided to become larger as it goes in one direction of the pack case (300).
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) may be differentially configured so that the flow rate of the cooling medium supplied to each of the plurality of battery modules (100) through the communication hole (H) becomes equal.
  • At least one protrusion (P) may be provided.
  • the protrusions (P) may be provided intermittently along the inner surface of the second connector hole (C2).
  • the number of the protrusions (P) may be provided to decrease in one direction of the pack case (300).
  • the interval between the protrusions (P) may be provided to increase in one direction of the pack case (300).
  • the cross-sectional area of the communication hole (H) may be differentially configured so that the flow rate of the cooling medium supplied to each of the plurality of battery modules (100) through the communication hole (H) becomes equal.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view of a vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a vehicle (1) according to one embodiment of the present invention may include one or more battery packs (10) according to one embodiment of the present invention.
  • the vehicle (1) according to the present invention may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • the vehicle (1) includes a four-wheeled vehicle and a two-wheeled vehicle.
  • the vehicle (1) operates by receiving power from a battery pack (10) according to one embodiment of the present invention.
  • the battery pack (10) can lower the temperature of the battery cells (110) by evenly supplying a cooling medium to each battery module (100) when the battery cells (110) generate heat. In addition, the temperature difference between the battery cells (110) or the battery modules (100) can be minimized.
  • the battery pack (10) can be used without some of the battery cells (110) reaching an allowable temperature first and limiting the battery output. Accordingly, the performance of all the battery cells (110) in the battery pack (10) can be used to the maximum, the usage period of the battery pack (10) can be extended, and the replacement cycle can be extended, and the vehicle (1) including it has an advantage in terms of maintenance.

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Abstract

본 발명은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 냉각 매체를 공급하는 냉각 파이프 어셈블리; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각과 상기 냉각 파이프 어셈블리를 서로 연결시키도록 구성되는 복수 개의 삽입 포트를 포함하고, 상기 냉각 파이프 어셈블리에는 상기 삽입 포트와 연통되도록 구성되는 연통홀이 상기 복수 개의 삽입 포트마다 형성되어, 상기 연통홀을 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 공급되는 상기 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 상기 연통홀의 단면적이 차등 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 그리고 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 그리고 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 배터리 모듈로 유입되는 냉각 매체의 유량이 균등하게 분배될 수 있는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2023년06월16일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0077599호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 출원은, 2024년02월06일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0018004호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 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 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈 내지 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 충방전 용량을 높이기 위해 복수 개의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 모듈이나 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 배터리 셀은 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 열이 발생될 수 있으며, 허용 가능한 온도에 빠르게 도달하게 되면 배터리 출력이 제한되어 배터리 팩을 효율적으로 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
이에 따라, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈은 발열하는 배터리 셀들을 냉각시키기 위한 히트 싱크(Heatsink)를 포함하고 있다. 또한, 복수 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩은 각 배터리 모듈의 히트 싱크로 냉각 매체를 공급하여 배터리 셀의 발열 시 온도를 낮추고자 한다.
그러나, 각 배터리 모듈의 히트 싱크로 유입되는 냉각 매체의 유량이 균등하지 않으면, 각 히트 싱크의 냉각 성능에 차이가 발생하여 배터리 모듈 간의 온도 편차가 생기게 된다. 예컨대, 어떤 배터리 모듈에 냉각 매체가 적게 유입되면 그 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 허용 가능한 온도에 더 빠르게 도달하여 다른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀보다 더 빠르게 퇴화하게 된다. 이렇게 냉각 매체가 각 배터리 모듈로 균등하게 유입되지 못해 배터리 셀 간의 온도 편차가 생기게 되면, 배터리 셀들의 수명이 달라져 모든 배터리 셀들의 성능을 최대한으로 사용할 수 없게 된다.
따라서, 각 배터리 모듈의 히트 싱크로 유입되는 냉각 매체의 유량을 최대한 균등하게 하여 배터리 셀의 냉각을 균등하게 하고, 배터리 셀 간 온도 편차를 최소화할 수 있는 배터리 팩의 구조가 개발될 필요성이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 각 배터리 모듈에 공급되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 하여 배터리 셀 또는 배터리 모듈 간 온도 편차를 최소화할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 냉각 매체를 공급하는 냉각 파이프 어셈블리; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각과 상기 냉각 파이프 어셈블리를 서로 연결시키도록 구성되는 복수 개의 삽입 포트를 포함하고, 상기 냉각 파이프 어셈블리에는 상기 삽입 포트와 연통되도록 구성되는 연통홀이 상기 복수 개의 삽입 포트마다 형성되어, 상기 연통홀을 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 공급되는 상기 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 상기 연통홀의 단면적이 차등 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 냉각 파이프 어셈블리는 상기 냉각 매체가 유동하도록 구성되는 복수 개의 냉각 파이프; 및 상기 복수 개의 냉각 파이프 중 인접하는 냉각 파이프와 상기 삽입 포트가 결합되는 복수 개의 커넥터;를 포함하고, 상기 연통홀은 상기 복수 개의 커넥터와 각각 연통되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 복수 개의 배터리 모듈 및 상기 냉각 파이프 어셈블리를 수용하도록 구비되는 팩 케이스;를 더 포함하고, 상기 복수 개의 커넥터 및 상기 복수 개의 삽입 포트는 상기 팩 케이스의 일 방향을 따라 배치되고, 상기 연통홀의 단면적은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
상기 냉각 파이프 어셈블리는 상기 복수 개의 배터리 모듈을 기준으로 서로 마주보도록 한 쌍으로 구비되고, 상기 팩 케이스의 일 측에 구비되어 상기 냉각 매체가 유입되도록 구성된 유입 포트 및 상기 팩 케이스의 일 측에서 상기 유입 포트와 마주보도록 구비되어 상기 냉각 매체가 배출되도록 구성된 배출 포트를 더 포함하고, 상기 연통홀의 단면적은 상기 유입 포트 또는 상기 배출 포트에서 멀어질수록 크게 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 각각은 상기 복수 개의 배터리 셀을 냉각시키는 히트 싱크를 더 포함하고, 상기 삽입 포트는 상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 커넥터를 각각 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 복수 개의 커넥터는 각각 상기 삽입 포트가 삽입되며 상기 연통홀을 포함하는 포트 삽입부 및 상기 포트 삽입부와 연통되도록 구성되어 상기 복수 개의 냉각 파이프 중 적어도 하나가 결합되는 파이프 삽입부를 포함할 수 있다.
상기 삽입 포트는 적어도 일부가 외측으로 돌출되어 상기 포트 삽입부의 말단에 걸리도록 구성되는 걸림부를 포함할 수 있다.
상기 삽입 포트는 상기 포트 삽입부의 하부에서 상방으로 결합되어 상기 포트 삽입부의 말단이 상기 걸림부에 지지되도록 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 삽입 포트의 내부에 삽입되어 상기 삽입 포트마다 상기 연통홀의 단면적을 다르게 하는 삽입 파이프를 더 포함할 수 있다.
상기 삽입 파이프의 내경은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
상기 삽입 파이프는 상기 삽입 포트 내부에 삽입되는 몸체부 및 상기 몸체부에서 연장되어 상기 삽입 포트의 말단에 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.
상기 삽입 파이프는 적어도 일부가 외측으로 돌출되는 가이드 돌기를 포함하고, 상기 삽입 포트는 상기 가이드 돌기와 대응되도록 적어도 일부가 함몰되어 상기 가이드 돌기가 슬라이딩 결합되도록 구성되는 가이드 홈을 포함할 수 있다.
상기 포트 삽입부는 상기 삽입 포트가 삽입되어 상기 삽입 포트의 말단이 위치하는 제1 커넥터 홀 및 상기 제1 커넥터 홀에서 상기 삽입 포트의 삽입 방향으로 연장되어 상기 제1 커넥터 홀을 제외한 나머지 부분으로 정의되고, 상기 삽입 포트마다 상기 연통홀의 단면적을 다르게 하도록 구성되는 제2 커넥터 홀이 마련될 수 있다.
상기 제2 커넥터 홀의 단면적은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
상기 포트 삽입부는 상기 제2 커넥터 홀의 적어도 일부에서 내측으로 돌출되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출부의 길이는 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 작게 구비될 수 있다.
상기 돌출부는 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 돌출부의 개수는 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 적게 구비될 수 있다.
상기 돌출부 사이의 간격은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 발열 시 각 배터리 모듈로 냉각 매체를 균등하게 공급하여 배터리 셀의 온도를 낮추고, 배터리 셀의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각 배터리 모듈로 공급되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 하여 배터리 셀 또는 배터리 모듈 간 온도 편차를 최소화함으로써 배터리 팩의 성능을 최대한 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩 제조에 있어서, 각 배터리 모듈마다 같은 사이즈의 삽입 포트를 사용하여 냉각 매체를 공급함으로써 설계 변경이 용이하고, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩 제조에 있어서, 배터리 모듈을 배터리 팩에 조립할 때 혼입될 가능성이 줄어들어 조립성이 향상되고, 비용 및 시간이 절감될 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
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 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 도 5의 변형 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 삽입 파이프를 보여 주는 도면이다.
도 7은 도 6의 X-Z 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 X-Z 단면도이다.
도 9는 삽입 파이프의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 삽입 파이프의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커넥터의 X-Y 단면 사시도이다.
도 12는 도 11의 X-Z 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 X-Z 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커넥터의 X-Y 단면 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 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 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다. 참고로, 본 명세서에 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 첨부도면에 나타난 구성요소들을 기준으로 하는 용어들이며, 실제 구성요소들의 자세나 위치에 따라 변경될 수 있는 상대적인 용어들이다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 수평 방향 또는 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(X-Y 평면)상에서 수직된 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향(수직 방향)을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면이고, 도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100), 냉각 파이프 어셈블리(200) 및 삽입 포트(400)를 포함한다.
상기 배터리 모듈(100)은 복수 개의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은 각형, 원통형 또는 파우치형 배터리 셀 등 어떠한 형태의 이차전지라도 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)이 원통형 배터리 셀로 구비되는 것을 예로 들고 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(110)은 배터리 모듈(100) 내에서 열과 행으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 배터리 셀(110)은 도 3에 도시된 바와 같이, 수평 방향(X축 방향)으로 눕혀진 상태에서 좌우 방향(Y축 방향) 및 상하 방향(Z 방향)으로 나란하게 일렬로 배치될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수 개의 배터리 모듈(100)은 각각 수평 방향(X축 방향)으로 2열로 배치되는 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다.
이러한 배터리 셀(110)이 복수 개 포함되는 배터리 모듈(100)은 배터리 팩(10)에 복수 개로 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 배터리 모듈(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수평 방향(X축 방향)으로 나란하게 일렬로 배치될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 냉각 파이프 어셈블리(200)는 복수 개의 배터리 모듈(100) 각각에 냉각 매체를 공급하도록 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 삽입 포트(400)는 복수 개의 배터리 모듈(100)과 냉각 파이프 어셈블리(200)를 서로 연결시키도록 구성될 수 있다. 삽입 포트(400)는 복수 개로 구비되어 복수 개의 배터리 모듈(100)과 냉각 파이프 어셈블리(200)를 개별적으로 연결시키도록 구성될 수 있다. 상기 삽입 포트(400)는 냉각 파이프 어셈블리(200)에 결합되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 삽입 포트(400)는 냉각 파이프 어셈블리(200)에 삽입되어 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 삽입 포트(400)는 냉각 파이프 어셈블리(200)와 연통되도록 구성되어 냉각 파이프 어셈블리(200)에서 공급되는 냉각 매체가 유동될 수 있다. 이로써, 냉각 파이프 어셈블리(200)에서 공급되는 냉각 매체는 삽입 포트(400)를 통해 배터리 모듈(100)로 유동될 수 있다.
상기 삽입 포트(400)는 외벽과 내벽을 포함하는 중공 형상으로 구비될 수 있다. 상기 삽입 포트(400)의 외경은 삽입 포트(400)가 삽입되는 냉각 파이프 어셈블리(200)의 부분의 내경과 동일하게 구비될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 삽입 포트(400)가 냉각 파이프 어셈블리(200)에 결합되는 경우, 상기 냉각 파이프 어셈블리(200)에는 연통홀(H)이 형성될 수 있다. 상기 연통홀(H)은 냉각 파이프 어셈블리(200)가 삽입 포트(400)와 연통되는 부분으로 정의될 수 있다. 이를테면, 도 5에서는 상기 연통홀(H)은 삽입 포트(400)의 말단으로 정의될 수 있다. 연통홀(H)은 복수 개의 삽입 포트(400)마다 형성될 수 있다.
상기 연통홀(H)을 통하여 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 각각에 공급되는 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 상기 연통홀(H)의 단면적은 차등 구성될 수 있다. 어느 하나의 연통홀(H)로 유입되는 냉각 매체의 유량은 해당 위치에서의 냉각 매체의 유속과 해당 연통홀(H)의 단면적의 곱에 비례한다. 연통홀(H)의 배터리 팩(10) 내에서의 위치에 따라 연통홀(H)에서의 냉각 매체의 유속이 다를 수 있다. 그러한 경우 연통홀(H)의 단면적을 위치별로 다르게 하여 배터리 팩(10) 내에서의 위치에 관계없이 냉각 매체의 유량을 균등하게 할 수 있다.
예를 들어, 상기 연통홀(H)의 단면적은 상기 삽입 포트(400)마다 다르게 구성될 수 있다. 여기서 단면적은 배터리 팩(10)을 수평 방향으로 자른 단면적, 즉 X-Y 평면에서의 단면적으로 정의될 수 있다. 다시 말해, 상기 연통홀(H)의 직경은 상기 삽입 포트(400)마다 다르게 구성될 수 있다. 상기 연통홀(H)의 단면적은 연통홀(H)의 (직경/2)의 제곱에 비례하기 때문이다.
즉, 복수 개의 배터리 모듈(100)에 각각 구비되는 삽입 포트(400)와 연통되는 상기 연통홀(H)의 직경은 복수 개의 배터리 모듈(100) 각각에 공급되는 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 서로 다르게 구비될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에 의해, 복수 개의 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 조절하여 각 배터리 모듈(100)로 균등하게 배분할 수 있다.
이때, 연통홀(H)의 단면적이 달라져도, 삽입 포트(400)의 외경은 일정하게 구비될 수 있다. 이로써, 냉각 매체가 연통홀(H)을 통해 삽입 포트(400)로 유입될 때 삽입 포트(400)가 냉각 파이프 어셈블리(200)에 결합되는 상태가 유지될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 발열 시 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 분배하여 배터리 셀(110)의 온도를 낮추고, 배터리 셀(110)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 각 배터리 모듈(100)로 공급되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 하여 배터리 모듈(100) 간의 온도 편차를 최소화함으로써 배터리 팩(10)의 성능을 최대한 높일 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수 개의 배터리 셀(110)들을 한 덩어리로 모아 하나의 단위체 상태로 유지하기 위하여, 상기 배터리 모듈(100)은 모듈 프레임(120)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 프레임(120)은 배터리 셀(110)들의 간격을 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 프레임(120)은 예를 들어, 금속 소재 또는 플라스틱 소재로 마련될 수 있다. 상기 모듈 프레임(120)은 복수 개의 배터리 셀(110)이 삽입되는 홀들이 형성되어 있을 수 있다.
상기 모듈 프레임(120)은 모듈 탑 프레임(121)과 모듈 바텀 프레임(122)을 포함할 수 있다.
상기 모듈 탑 프레임(121)은 복수 개의 배터리 셀(110)의 상부에서 배터리 셀(110)들의 간격을 유지하는 것일 수 있다. 상기 모듈 탑 프레임(121)에는 복수 개의 배터리 셀(110)의 상부가 삽입되는 홀들이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 모듈 바텀 프레임(122)에는 복수 개의 배터리 셀(110)이 안착될 수 있다. 상기 모듈 바텀 프레임(122)은 상기 복수 개의 배터리 셀(110)의 하부에 구비되어 복수 개의 배터리 셀(110)들이 안착되어 고정될 수 있다. 상기 모듈 바텀 프레임(122)에는 상기 복수 개의 배터리 셀(110)의 하부가 삽입되는 구조가 형성되어 있을 수 있다.
도 2 및 도 3와 같이, 한 개의 배터리 모듈(100)에서 2개의 모듈 바텀 프레임(122)은 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 파이프 어셈블리(200)는 냉각 파이프(210) 및 커넥터(220)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 파이프(210)는 냉각 매체가 유동 가능하도록 중공을 가지는 형상으로 구성될 수 있다. 상기 냉각 파이프(210)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 복수 개의 배터리 모듈(100)의 양측에 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 냉각 파이프(210)는 일렬로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 냉각 파이프(210)는 ㅡ자 파이프 형상으로 구비되어 전후 방향(X축 방향)을 따라 일렬로 배치될 수 있고, 복수 개의 배터리 모듈(100)의 양측에서 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
상기 커넥터(220)는 복수 개의 냉각 파이프(210) 중 인접하는 2개의 냉각 파이프(210)가 결합되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 커넥터(220)는 삽입 포트(400)가 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 커넥터(220)는 적어도 하나의 냉각 파이프(210) 및 삽입 포트(400)가 동시에 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 커넥터(220)는 복수 개로 구비되어 일렬로 배치될 수 있다. 또한, 상기 커넥터(220)는 복수 개의 배터리 모듈(100)의 양측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 냉각 파이프(210)는 전후 방향(X축 방향)을 따라 일렬로 배치될 수 있고, 복수 개의 배터리 모듈(100)의 양측에서 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
상기 연통홀(H)은 복수 개의 커넥터(220)와 복수 개의 삽입 포트(400)가 각각 개별적으로 연통되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 상기 연통홀(H)은 복수 개의 커넥터(220) 내부에서 삽입 포트(400)가 결합되는 부분에 각각 형성될 수 있다. 이때, 상기 연통홀(H)의 단면적은 상기 커넥터(220)에서 유입되는 냉각 매체의 유입량이 균등해지도록 서로 다르게 구성될 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 커넥터(220)에 삽입되는 삽입 포트(400)의 내경이 동일하게 구비되더라도 연통홀(H)의 단면적을 다르게 하여 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 분배할 수 있다. 이로써, 각 배터리 모듈(100)마다 한 가지 사이즈의 삽입 포트(400)를 사용할 수 있게 되므로, 설계 변경이 용이하고, 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 구성에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 팩 케이스(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(300)는 복수 개의 배터리 모듈(100) 및 냉각 파이프 어셈블리(200)를 수용하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 케이스(300)는 상기 팩 케이스(300)의 하부면을 형성하며 복수 개의 배터리 모듈(100)이 안착되는 사각형의 바닥면 및 바닥면의 각 모서리로부터 상방으로 연장되어 복수 개의 배터리 모듈(100)을 둘러싸는 측면을 포함하는 케이스 프레임(310)을 포함할 수 있다. 이를테면, 본 실시 구성에서 상기 바닥면은 대략 사각판 형태로 마련될 수 있으며, 상기 측면은 X축 방향 및 Y축 방향의 벽체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스(300)는 케이스 프레임(310)의 상부를 커버하도록 구성되는 팩 리드(lid, 320)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 커넥터(220) 및 상기 삽입 포트(400)는 팩 케이스(300)의 일 방향을 따라 배치될 수 있다. 이를테면, 도 3에서와 같이, 상기 팩 케이스(300)의 일 방향은 +X축 방향으로 정의될 수 있다.
상기 연통홀(H)의 단면적은 상기 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 이를테면, 도 3에서와 같이, 상기 연통홀(H)의 단면적은 +X축 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 다시 말해, 상기 팩 케이스(300)의 일 측에 구비되는 상기 연통홀(H)의 단면적보다 상기 팩 케이스(300)의 타 측에 구비되는 상기 연통홀(H)의 단면적이 더 크게 구비될 수 있다.
도 2 및 도 3을 주로 참조하면, 상기 냉각 파이프 어셈블리(200)는 복수 개의 배터리 모듈(100)을 기준으로 서로 마주보도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 실시 구성과 같이, 복수 개의 냉각 파이프(210) 및 커넥터(220)는 복수 개의 배터리 모듈(100)의 양측에서 서로 마주보도록 구비되어 Y축을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.
상기 냉각 파이프 어셈블리(200)는 유입 포트(230) 및 배출 포트(240)를 포함할 수 있다. 상기 유입 포트(230) 및 상기 배출 포트(240)는 모두 상기 팩 케이스(300)의 일 측, 이를테면 전방 측에 구비될 수 있다. 상기 유입 포트(230)는 냉각 매체가 유입되도록 구성될 수 있다. 상기 배출 포트(240)는 상기 유입 포트(230)와 마주보도록 구비될 수 있다. 상기 배출 포트(240)는 냉각 매체가 배출되도록 구성될 수 있다. 상기 유입 포트(230) 및 배출 포트(240)는 냉각 파이프(210)와 연통되도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 팩 케이스(300)는 외부에서 냉각 매체가 유입되는 유입구(I)와 외부로 냉각 매체가 배출되는 배출구(O)를 포함할 수 있다. 상기 유입구(I) 및 배출구(O)는 각각 유입 포트(230) 및 배출 포트(240)와 연결되도록 구비될 수 있다.
상기 연통홀(H)의 단면적은 상기 유입 포트(230) 또는 배출 포트(240)에서 멀어질수록 크게 구비될 수 있다. 이를테면, 도 3에서와 같이, 상기 유입 포트(230) 및 배출 포트(240)는 팩 케이스(300)의 일측, 예를 들어, 전방 측에 구비되어 있고, 상기 연통홀(H)의 단면적은 팩 케이스(300)의 일 방향(+X축 방향)으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
삽입 포트(400)의 내경이 동일한 경우, 팩 케이스(300)의 유입구(I) 또는 배출구(O)에서 멀리 구비되어 있는 배터리 모듈(100)일수록 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유속이 감소함에 따라 유량이 점점 적어질 수 있다. 본 발명의 일 실시 구성과 같이, 상기 유입 포트(230) 또는 배출 포트(240)에서 멀어질수록 상기 연통홀(H)의 단면적이 크게 구비됨에 따라 각 배터리 모듈(100)과 유입구(I) 또는 배출구(O) 사이의 거리와 관계없이 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 할 수 있다. 이로써, 배터리 모듈(100) 간의 온도 편차를 최소화함으로써 배터리 팩(10)의 안전성을 높일 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 배터리 모듈(100)은 각각 히트 싱크(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크(130)는 복수 개의 배터리 셀(110) 또는 배터리 모듈(100)을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 상기 히트 싱크(130)는 복수 개의 모듈 프레임(120) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 한 개의 배터리 모듈(100)에서 2개의 모듈 바텀 프레임(122)이 서로 마주보도록 구비되고, 상기 히트 싱크(130)는 2개의 모듈 바텀 프레임(122) 사이에 구비될 수 있다. 상기 히트 싱크(130)는 팩 케이스(300)의 상부보다 하부에 더 가깝도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 삽입 포트(400)는 하부에 구비되는 히트 싱크(130)와 커넥터(220)를 연결하기 위해 ㄴ자 형상으로 구비될 수 있다.
상기 삽입 포트(400)는 히트 싱크(130)와 복수 개의 커넥터(220)를 개별적으로 연결하도록 구성되어 냉각 파이프 어셈블리(200)를 유동하는 냉각 매체가 각 배터리 모듈(100)로 유입될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에 의해, 냉각 매체가 히트 싱크(130)로 직접 유입됨으로써 각 배터리 모듈(100)의 발열 시 신속하게 온도를 낮출 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 복수 개의 커넥터(220)는 각각 포트 삽입부(221) 및 파이프 삽입부(222)를 포함할 수 있다.
상기 포트 삽입부(221)는 삽입 포트(400)가 삽입되도록 구성될 수 있다. 상기 포트 삽입부(221)의 내경은 삽입 포트(400)의 외경과 동일하거나 유사하게 구비될 수 있다.
상기 파이프 삽입부(222)는 상기 포트 삽입부(221)와 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 파이프 삽입부(222)는 복수 개의 냉각 파이프(210) 중 적어도 하나가 결합되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 파이프 삽입부(222)의 외경이 냉각 파이프(210)의 내경에 삽입되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 파이프 삽입부(222)의 외경은 냉각 파이프(210)의 내경보다 크게 구비되어 냉각 파이프(210)가 파이프 삽입부(222)에 삽입 시 억지끼움될 수 있다. 이로써, 냉각 매체가 냉각 파이프(210)와 파이프 삽입부(222) 유동 시 누수가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
또한, 예를 들어, 복수 개의 냉각 파이프(210)는 상기 파이프 삽입부(222)의 양측에 삽입될 수 있다. 즉, 상기 복수 개의 커넥터(220)는 적어도 하나의 냉각 파이프(210) 및 삽입 포트(400)가 동시에 결합되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 5에서와 같이, 상기 커넥터(220)는 T자 형상으로 구비되어 양측에 X축 방향으로 2개의 냉각 파이프(210)가 삽입되고, 삽입 포트(400)가 Z축 방향으로 삽입될 수 있다.
상기 포트 삽입부(221)에는 내부에 연통홀(H)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 연통홀(H)은 포트 삽입부(221)와 삽입 포트(400)가 연통되는 부분에 형성될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기 삽입 포트(400)는 걸림부(410)를 포함할 수 있다. 상기 걸림부(410)는 삽입 포트(400)의 외벽의 적어도 일부가 외측으로 돌출되도록 구비될 수 있다. 상기 걸림부(410)는 포트 삽입부(221)의 말단에 걸리도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 걸림부(410)의 외경은 포트 삽입부(221)의 내경보다 크게 구비될 수 있다. 이로써, 삽입 포트(400)가 포트 삽입부(221)에 삽입될 때 삽입되는 깊이를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 삽입 포트(400)는 상기 포트 삽입부(221)의 하부에서 상방으로 결합될 수 있다. 삽입 포트(400)가 포트 삽입부(221)에서 상방으로 결합될 때 상기 걸림부(410)에 포트 삽입부(221)의 하부 말단이 지지되도록 구비될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에 의하면, 삽입 포트(400)가 포트 삽입부(221)에 일정한 깊이만큼만 삽입되게 함으로써 냉각 매체가 연통홀(H)을 통해 삽입 포트(400)로 원활하게 유입될 수 있다.
이하에서, 삽입 포트(400)의 내경을 동일하게 구비하면서 연통홀(H)의 단면적을 서로 다르게 하여 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 분배할 수 있도록 하는 여러 실시예들에 대해 자세히 살펴본다.
도 6은 도 5의 변형 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 삽입 파이프를 보여 주는 도면이고, 도 7은 도 6의 X-Z 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 X-Z 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 삽입 파이프(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 삽입 파이프(500)는 삽입 포트(400) 내부에 삽입되도록 구성될 수 있다. 상기 삽입 파이프(500)는 외벽과 내벽을 포함하는 파이프 형상으로 구비될 수 있다. 상기 삽입 파이프(500)의 외경은 삽입 포트(400)의 내경과 동일하거나 유사하게 구비될 수 있다.
상기 삽입 파이프(500)는 각 연통홀(H)의 단면적을 다르게 하도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 연통홀(H)은 커넥터(220)와 삽입 파이프(500)가 연통되는 부분에 형성될 수 있다. 상기 삽입 파이프(500)의 단면적은 삽입 파이프(500)가 삽입되는 각 삽입 포트(400)마다 다르게 구비되어 연통홀(H)을 통해 유입되는 냉각 매체의 유량이 균등하게 분배될 수 있다. 연통홀(H)의 단면적은 서로 다르더라도 삽입 파이프(500)의 외경은 서로 동일하게 구비될 수 있다. 즉, 삽입 포트(400)에 삽입되는 삽입 파이프(500)의 단면적 또는 내경이 달라져 연통홀(H)의 단면적이 달라지는 것이다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 삽입 파이프(500)는 삽입 포트(400)의 상단에서 하방(-Z축 방향)으로 삽입될 수 있다.
이와 같은 실시 구성과 같이, 삽입 포트(400) 내부에 삽입되는 삽입 파이프(500)의 단면적 또는 내경이 다르게 구비됨에 따라, 각 배터리 모듈(100)의 위치에 관계없이 삽입 포트(400)의 내경을 변경하지 않고 동일한 사이즈의 삽입 포트(400)만 제작하면 되므로 조립 시 모듈 혼입 문제가 최소화되므로 조립성이 향상될 수 있다.
또한, 이와 같은 실시 구성에 따르면, 배터리 모듈(100) 및 삽입 포트(400)를 팩 케이스(300)에 조립한 후 각 배터리 모듈(100)의 위치에 따라 내경이 정해진 삽입 파이프(500)를 삽입 포트(400)에 삽입하면 되므로, 배터리 팩(10)의 조립 시 생산성이 향상될 수 있다.
만약 삽입 포트(400)별로 내경을 달리 하여 유량을 조절하려고 하면 여러 내경의 삽입 포트(400)를 개발해야 되는 단점이 있고, 배터리 모듈(100)을 배터리 팩(10)으로 조립할 때 혼입이 발생할 우려도 있다. 본 발명에 따르면 여러 내경의 삽입 포트(400)를 마련할 필요없이 삽입 포트(400)는 하나의 사이즈로만 마련하고, 그 대신 삽입 포트(400) 내에 삽입하는 삽입 파이프(500)를 달리 하여 연통홀(H)의 단면적을 차등 구성하는 효과를 낼 수 있다. 이렇게 할 경우 팩 케이스(300) 안에 배터리 모듈(100)을 모두 조립한 후 각 배터리 모듈(100)의 삽입 포트(400)에 서로 다른 삽입 파이프(500)를 삽입하면 되므로, 배터리 모듈(100)의 혼입 문제를 피할 수 있는 것이다.
상기 삽입 파이프(500)의 내경(D)은 상기 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 즉, 상기 삽입 파이프(500)의 내경은 +X축 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 상기 +X축 방향은 유입구(I) 또는 배출구(O)와 멀어지는 방향으로 정의될 수 있다. 이에 따라, 연통홀(H)의 직경 또한 상기 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 즉, 상기 삽입 파이프(500)의 내경은 연통홀(H)의 직경과 동일하게 구비될 수 있다.
도 8을 참조하면, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 가깝게 구비되는 배터리 모듈(100)과 연결되는 삽입 포트(400)에 삽입되는 삽입 파이프(500)의 내경(D1)이 가장 작게 구비될 수 있다. 또한, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 멀게 구비되는 배터리 모듈(100)과 연결되는 삽입 포트(400)에 삽입되는 삽입 파이프(500)의 내경 (D3)은 D1보다 크게 구비될 수 있다.
팩 케이스(300)의 유입구(I) 또는 배출구(O)에서 멀리 구비되어 있는 배터리 모듈(100)일수록 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량이 점점 적어질 수 있는데, 본 발명의 일 실시 구성과 같이, 유입구(I) 또는 배출구(O)에서 멀어질수록 상기 삽입 파이프(500)의 내경이 크게 구비됨에 따라 연통홀(H)의 단면적도 크게 구비되므로 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 할 수 있다.
도 9는 삽입 파이프의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 삽입 파이프(500)는 몸체부(510) 및 안착부(520)를 포함할 수 있다.
상기 몸체부(510)는 상기 삽입 포트(400)의 내부에 삽입되는 부분일 수 있다. 상기 몸체부(510)는 파이프 형상으로 구비되어 상기 몸체부(510)의 외경은 삽입 포트(400)의 내경과 동일하게 구비될 수 있다. 상기 몸체부(510)의 내경은 상기 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 즉, 상기 몸체부(510)의 내경은 +X축 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다.
상기 안착부(520)는 몸체부(510)에서 연장되어 판 형상으로 구비될 수 있다. 상기 안착부(520)에는 냉각 매체가 통과할 수 있도록 구성되는 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀의 직경은 몸체부(510)의 내경과 동일하게 구비될 수 있다. 이로써, 상기 삽입 파이프(500)가 삽입 포트(400)에 삽입되는 경우, 연통홀(H)은 상기 홀로 정의될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 안착부(520)는 몸체부(510)의 상부에서 삽입 포트(400)의 외경 방향으로 연장되어 삽입 포트(400)의 상부 말단에 안착되도록 구성될 수 있다. 상기 안착부(520)의 외경은 상기 홀의 직경보다 크게 구비되지만, 삽입 포트(400)의 최외벽을 넘어서까지 연장되지 않도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 안착부(520)의 두께는 몸체부(510)에 비해 매우 작은 두께로 구비될 수 있다. 몸체부(510)의 내경이 각 삽입 파이프(500)마다 다르게 구비되더라도, 안착부(520)의 두께는 일정하게 구비될 수 있다. 이로써, 커넥터(220)에서 몸체부(510)로 유동하는 냉각 매체의 유동을 방해하지 않을 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 따르면, 삽입 파이프(500)의 몸체부(510)가 삽입 포트(400)의 내부에 삽입될 때 안착부(520)가 삽입 포트(400)에 안착됨에 따라, 몸체부(510)가 삽입 포트(400)에 삽입되는 깊이가 정해질 수 있다. 또한, 이와 같은 실시 구성에 따르면, 삽입 파이프(500)를 삽입 포트(400)에 조립 시 잘못 조립하는 경우라도 안착부(520)를 파지하여 삽입 파이프(500)를 용이하게 제거할 수 있다.
도 10은 삽입 파이프의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 삽입 파이프(500)는 가이드 돌기(530)를 포함할 수 있다. 상기 가이드 돌기(530)는 삽입 파이프(500)의 외벽에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 돌기(530)는 삽입 파이프(500)의 외벽의 적어도 일부가 외측으로 돌출되어 구비될 수 있다. 상기 가이드 돌기(530)는 삽입 파이프(500)의 길이 방향(Z축 방향)을 따라 연속적으로 또는 단속적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가이드 돌기(530)는 삽입 파이프(500)의 외벽에 방사상으로 복수 개 형성될 수 있다. 상기 가이드 돌기(530)의 길이는 삽입 파이프(500)가 삽입 포트(400)에 삽입되는 길이보다 작게 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 실시 구성과 같이, 상기 가이드 돌기(530)는 삽입 포트(400)의 말단에서 걸림부(410)까지의 길이보다 작게 구비될 수 있다.
한편, 삽입 포트(400)는 상기 가이드 돌기(530)가 삽입되도록 구성되는 가이드 홈(420)을 포함할 수 있다. 상기 가이드 홈(420)은 삽입 포트(400)의 내벽에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 홈(420)은 삽입 포트(400)의 내벽의 적어도 일부가 함몰되어 구비될 수 있다. 상기 가이드 홈(420)의 함몰되는 깊이, 위치 등은 가이드 돌기(530)와 대응되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 가이드 홈(420)은 가이드 돌기(530)가 상방에서 슬라이딩 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 가이드 홈(420)은 삽입 포트(400)의 길이 방향(Z축 방향)을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 가이드 홈(420)은 삽입 포트(400)의 길이 방향의 일정 부분, 즉 가이드 돌기(530)의 길이와 대응되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 가이드 홈(420)에는 가이드 돌기(530)의 말단부가 지지되는 걸림턱이 구비될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 따르면, 삽입 파이프(500)가 삽입 포트(400)에 삽입될 때, 가이드 홈(420)의 걸림턱에 가이드 돌기(530)의 하단부가 걸려 삽입 파이프(500)가 삽입되는 깊이가 결정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커넥터의 X-Y 단면 사시도이고, 도 12는 도 11의 X-Z 단면도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 X-Z 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 포트 삽입부(221)는 제1 커넥터 홀(C1) 및 제2 커넥터 홀(C2)이 마련될 수 있다. 상기 제1 커넥터 홀(C1)은 삽입 포트(400)가 삽입되어 삽입 포트(400)의 말단이 위치하는 부분으로 정의될 수 있다. 상기 제2 커넥터 홀(C2)은 제1 커넥터 홀(C1)에서 삽입 포트(400)의 삽입 방향으로 연장되는 부분에 구비될 수 있다. 상기 제2 커넥터 홀(C2)에는 삽입 포트(400)가 삽입되지 않으며, 포트 삽입부(221) 중 제1 커넥터 홀(C1)을 제외한 나머지 부분으로 정의될 수 있다.
이때, 상기 연통홀(H)은 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)과 삽입 포트(400)가 연통되는 부분으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 연통홀(H)은 제2 커넥터 홀(C2)로 정의될 수 있다. 제2 커넥터 홀(C2)은 상기 삽입 포트(400)마다 상기 연통홀(H)의 단면적을 다르게 하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 13에 도시된 실시예와 같이, 상기 제2 커넥터 홀(C2)의 단면적은 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 이에 따라, 연통홀(H)의 직경 또한 상기 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 즉, 상기 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')은 연통홀(H)의 직경과 동일하게 구비될 수 있다.
상기 팩 케이스(300)의 일 측에 구비되는 상기 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')보다 상기 팩 케이스(300)의 타 측에 구비되는 상기 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')이 더 크게 구비될 수 있다. 다시 말해, 도 13에서 도시된 바와 같이, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 가깝게 구비되는 커넥터(220)에 형성되는 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D'1)이 가장 작게 구비될 수 있다. 또한, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 멀게 구비되는 커넥터(220)에 형성되는 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D'3)은 D'1보다 크게 구비될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 따르면, 삽입 포트(400)가 삽입되지 않는 부분인 제2 커넥터 홀(C2)의 단면적 또는 내경(D')이 다르게 구비됨에 따라, 연통홀(H)의 단면적도 다르게 구비되므로 각 배터리 모듈(100)의 위치에 관계없이 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 균등하게 할 수 있다. 이에 따라, 삽입 포트(400)가 삽입되는 커넥터(220)의 포트 삽입부(221)의 외경 또는 삽입 포트(400)의 외경 및 내경의 크기를 변경하지 않고 동일한 사이즈의 삽입 포트(400)만 제작하면 되므로 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 이와 같은 실시 구성에 따르면, 삽입 포트(400)를 한 가지 사이즈로만 개발하면 되므로, 각 배터리 모듈(100) 또는 삽입 포트(400)의 설계 변경이 용이해질 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 삽입 포트(400)가 삽입되지 않는 부분인 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')을 다르게 하여, 앞서 설명한 실시예와 동일하게 배터리 모듈(100)의 배터리 팩(10) 내 위치에 따라 연통홀(H)의 단면적을 차등 적용하는 효과를 낼 수 있다.
구체적으로, 실제로 각 배터리 모듈(100)의 히트 싱크(130)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 해석한 결과를 살펴본다. 유동해석은 CFD 유동해석에 흔히 사용하는 상용 STAR-CCM+ 프로그램을 사용하였다. 3차원 정상 상태(steady state), -Z 방향으로의 중력 9.81m/s2을 고려하였고, 난류모델로는 realizable k-ε를 적용하였다. 실제 유동해석 실험에서는 도 2에 도시된 바와 같이 9개의 배터리 모듈(100)로 진행되었으며, 전체 냉각 매체의 유량은 10LPM으로 하였다. 즉, 9개의 배터리 모듈(100) 각각에 유입되는 냉각 매체의 유량이 10LPM/9인 1.11LPM(11.1%)으로 균등하게 분배되어야 이러한 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 팩의 성능을 최대한 높일 수 있다.
먼저, 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')이 모두 14.15mm로 동일하다고 가정하는 비교예의 경우, 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 계산한 결과, 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체는 유입구(I) 또는 배출구(O)로부터 가깝게 구비되는 배터리 모듈(100)부터 차례대로 각각 16.5%, 14.5%, 12.8%, 11.3%, 10.3%, 9.4%, 8.7%, 8.3%, 8.2%의 비율로 유입되었다. 이때, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 가깝게 구비되는 배터리 모듈(100)에서부터 유입구(I) 또는 배출구(O)에서 가장 멀게 구비되는 배터리 모듈(100)에 이르기까지 유입되는 냉각 매체가 점점 줄어들어 균등하지 못한 것을 알 수 있다. 최대 유량과 최소 유량의 차이를 유량 편차라고 할 때, 비교예의 유량 편차는 16.5%-8.2%인 8.3%(0.83LPM)이다.
한편, 예를 들어, 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')이 유입구(I) 또는 배출구(O)로부터 가깝게 구비되는 배터리 모듈(100)부터 차례대로 각각 5.8mm, 6.3mm, 6.8mm, 7.3mm, 8.3mm, 9.3mm, 11.5mm, 12.5mm, 14.2mm로 증가되는 경우, 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 계산한 결과, 각각 11.0%, 11.1%, 11.3%, 11.1%, 11.6%, 11.5%, 11.2%, 10.7%, 10.5%의 비율로 유입되었다. 이때, 유입구(I) 또는 배출구(O)와 가장 가깝게 구비되는 배터리 모듈(100)에서부터 유입구(I) 또는 배출구(O)에서 가장 멀게 구비되는 배터리 모듈(100)에 이르기까지 유입되는 냉각 매체의 유량이 비교예처럼 감소하는 경향이 없이 거의 균등한 것을 알 수 있다. 이와 같이 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')을 차등 적용한 것이 본 발명에 해당하며, 이 때의 유량 편차는 11.6%-10.5%인 1.1%(0.11LPM)이다. 즉, 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')이 모두 동일한 비교예의 유량 편차 8.3%보다 차등 적용한 본 발명의 경우의 유량 편차 1.1%가 현저히 작으므로, 본 발명에 따를 경우 배터리 모듈(100) 간 온도 편차를 최소화할 수 있다.
물론, 실제 유동해석 실험과 달리, 각 배터리 모듈(100)로 유입되는 냉각 매체의 유량을 더욱 균등하게 하기 위해 커넥터(220)의 제2 커넥터 홀(C2)의 내경(D')은 달라질 수 있으며, 유동해석 실험에 따라 최적의 사이즈를 찾을 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커넥터의 X-Y 단면 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포트 삽입부(221)는 돌출부(P)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(P)는 제2 커넥터 홀(C2)의 적어도 일부에서 내측으로 돌출되어 구비될 수 있다. 상기 돌출부(P)는 제2 커넥터 홀(C2)의 내주면을 따라 환형으로 구비될 수 있다. 상기 돌출부(P)가 구비됨에 따라, 제2 커넥터 홀(C2) 자체의 내경을 변경하지 않고도 상기 돌출부(P)에 의해 연통홀(H)의 직경 또는 단면적이 변경될 수 있다.
구체적으로, 상기 돌출부(P)가 제2 커넥터 홀(C2)로부터 돌출된 길이는 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 작게 구비될 수 있다. 즉, 돌출부(P)가 차폐하는 제2 커넥터 홀(C2)의 단면적이 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 작게 구비될 수 있다. 따라서, 제2 커넥터 홀(C2)의 단면적은 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 연통홀(H)을 통하여 복수 개의 배터리 모듈(100) 각각에 공급되는 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 연통홀(H)의 단면적이 차등 구성되는 효과를 가져올 수 있다.
도 14에 도시된 일 실시 구성에 의하면, 상기 돌출부(P)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 돌출부(P)는 제2 커넥터 홀(C2)의 내주면을 따라 단속적으로 구비될 수 있다. 상기 돌출부(P)가 복수 개로 구비되어 복수 개의 상기 돌출부(P)의 면적이 동일한 경우, 상기 돌출부(P)의 개수는 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 적게 구비될 수 있다. 또는, 복수 개의 상기 돌출부(P)의 면적이 동일한 경우, 상기 돌출부(P) 사이의 간격은 팩 케이스(300)의 일 방향으로 갈수록 크게 구비될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 연통홀(H)을 통하여 복수 개의 배터리 모듈(100) 각각에 공급되는 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 연통홀(H)의 단면적이 차등 구성되는 효과를 가져올 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 사시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(1)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자동차(1)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차(1)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(1)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)으로부터 전력을 공급받아 동작한다.
배터리 팩(10)은 앞서 언급한 다양한 효과를 가진 것이므로 이를 포함하는 자동차(1)도 그러한 효과를 고스란히 가질 수 있다. 구체적으로, 배터리 팩(10)은 배터리 셀(110)의 발열 시 각 배터리 모듈(100)로 냉각 매체를 균등하게 공급하여 배터리 셀(110)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 배터리 셀(110) 또는 배터리 모듈(100) 간 온도 편차를 최소화할 수 있다. 일부의 배터리 셀(110)이 허용 가능한 온도에 먼저 빠르게 도달하여 배터리 출력을 제한하는 일이 없이 배터리 팩(10)을 사용할 수 있게 된다. 따라서, 배터리 팩(10) 안의 모든 배터리 셀(110)들의 성능을 최대한으로 사용할 수 있게 되고, 배터리 팩(10)의 사용 기간이 길어져 교체 주기를 연장할 수 있게 되고, 이를 포함하는 자동차(1)는 유지 보수 측면에서 장점을 가지게 된다.
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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (19)

  1. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 냉각 매체를 공급하는 냉각 파이프 어셈블리; 및
    상기 복수 개의 배터리 모듈 각각과 상기 냉각 파이프 어셈블리를 서로 연결시키도록 구성되는 복수 개의 삽입 포트를 포함하고,
    상기 냉각 파이프 어셈블리에는
    상기 삽입 포트와 연통되도록 구성되는 연통홀이 상기 복수 개의 삽입 포트마다 형성되어, 상기 연통홀을 통해 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 공급되는 상기 냉각 매체의 유량이 균등해지도록 상기 연통홀의 단면적이 차등 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 파이프 어셈블리는
    상기 냉각 매체가 유동하도록 구성되는 복수 개의 냉각 파이프; 및
    상기 복수 개의 냉각 파이프 중 인접하는 냉각 파이프와 상기 삽입 포트가 결합되는 복수 개의 커넥터;를 포함하고,
    상기 연통홀은 상기 복수 개의 커넥터와 각각 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 및 상기 냉각 파이프 어셈블리를 수용하도록 구비되는 팩 케이스;를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 커넥터 및 상기 복수 개의 삽입 포트는 상기 팩 케이스의 일 방향을 따라 배치되고,
    상기 연통홀의 단면적은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 파이프 어셈블리는
    상기 복수 개의 배터리 모듈을 기준으로 서로 마주보도록 한 쌍으로 구비되고,
    상기 팩 케이스의 일 측에 구비되어 상기 냉각 매체가 유입되도록 구성된 유입 포트 및 상기 팩 케이스의 일 측에서 상기 유입 포트와 마주보도록 구비되어 상기 냉각 매체가 배출되도록 구성된 배출 포트를 더 포함하고,
    상기 연통홀의 단면적은 상기 유입 포트 또는 상기 배출 포트에서 멀어질수록 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 각각은
    상기 복수 개의 배터리 셀을 냉각시키는 히트 싱크를 더 포함하고,
    상기 삽입 포트는 상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 커넥터를 각각 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 커넥터는 각각
    상기 삽입 포트가 삽입되며 상기 연통홀을 포함하는 포트 삽입부 및
    상기 포트 삽입부와 연통되도록 구성되어 상기 복수 개의 냉각 파이프 중 적어도 하나가 결합되는 파이프 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 삽입 포트는
    적어도 일부가 외측으로 돌출되어 상기 포트 삽입부의 말단에 걸리도록 구성되는 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 삽입 포트는 상기 포트 삽입부의 하부에서 상방으로 결합되어 상기 포트 삽입부의 말단이 상기 걸림부에 지지되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 삽입 포트의 내부에 삽입되어 상기 삽입 포트마다 상기 연통홀의 단면적을 다르게 하는 삽입 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 삽입 파이프의 내경은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 삽입 파이프는
    상기 삽입 포트 내부에 삽입되는 몸체부 및
    상기 몸체부에서 연장되어 상기 삽입 포트의 말단에 안착되는 안착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 삽입 파이프는 적어도 일부가 외측으로 돌출되는 가이드 돌기를 포함하고,
    상기 삽입 포트는 상기 가이드 돌기와 대응되도록 적어도 일부가 함몰되어 상기 가이드 돌기가 슬라이딩 결합되도록 구성되는 가이드 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 포트 삽입부는
    상기 삽입 포트가 삽입되어 상기 삽입 포트의 말단이 위치하는 제1 커넥터 홀 및
    상기 제1 커넥터 홀에서 상기 삽입 포트의 삽입 방향으로 연장되어 상기 제1 커넥터 홀을 제외한 나머지 부분으로 정의되고, 상기 삽입 포트마다 상기 연통홀의 단면적을 다르게 하도록 구성되는 제2 커넥터 홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 커넥터 홀의 단면적은 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 포트 삽입부는
    상기 제2 커넥터 홀의 적어도 일부에서 내측으로 돌출되는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 돌출부의 길이는 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 작게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 돌출부는 적어도 하나 이상 구비되고,
    상기 돌출부의 개수는 상기 팩 케이스의 일 방향으로 갈수록 적게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 삽입 포트의 말단에 의해 지지되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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