JP2023537014A - バッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パック - Google Patents

バッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パック Download PDF

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Abstract

Figure 2023537014000001
本発明の一実施例によるバッテリ遮断ユニットは、接触器と、前記接触器に電気的に連結されるバスバーと、前記バスバーの少なくとも一部と共にインサート射出される放熱シートと、前記放熱シートの下部に位置する冷却プレートとを含み、前記バスバーの端部が前記接触器に電気的に連結される。

Description

［関連出願との相互参照］
本出願は、２０２０年１０月２１日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１３６７５９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、バッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パックに関し、より具体的には、放熱性能が向上したバッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パックに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心がもたれている。
小型モバイル機器には、デバイス１台あたり１個または２、３、４個の電池セルが用いられるのに対し、自動車などのような中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが用いられる。このような電池モジュールは、多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって、容量および出力が向上する。
また、電力変換装置と電池モジュールとの間には、電源を遮断できるバッテリ遮断ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｕｎｉｔ：ＢＤＵ）が配置される。前記バッテリ遮断ユニットは、電流が設定範囲を超える条件といった状況時にバッテリ電源を遮断して、電池パックの安全性を向上させることができる。
図１は、従来のバッテリ遮断ユニットに対する斜視図である。
図１を参照すれば、従来のバッテリ遮断ユニットは、接触器２０と、接触器２０と電気的に連結されたバスバー３０と、熱伝達パッド５０と、冷却プレート６０とを含む。ここで、冷却プレート６０は、冷却流路６５が形成されている。また、冷却プレート６０は、接触器２０およびバスバー３０の上に位置する。さらに、熱伝達パッド５０は、冷却プレート６０と接触器２０およびバスバー３０の間に位置する。ここで、従来のバッテリ遮断ユニットは、バスバー３０から発生した熱は熱伝達パッド５０を経て冷却プレート６０から放熱される。
最近、電気車の要求出力が増大し、充電時間を減少させようとする技術的ニーズが存在しており、これによってバッテリ遮断ユニット内の部品の通電電流量が増加するようになった。特に、従来のバッテリ遮断ユニットは、通電電流量に比例してバスバーの断面積を増加させて、バッテリ遮断ユニットの過度な温度上昇を防止しようとした。しかし、図１のように、バッテリ遮断ユニット内で、バスバーの断面積を増加させるには構造的な制約があり、これによって放熱性能を向上させることも制限がある。これによって、従来のバッテリ遮断ユニットの構造的限界を克服しながらも、放熱性能が向上したバッテリ遮断ユニットに対する必要性が高まっている。
本発明の解決しようとする課題は、放熱性能が向上したバッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パックを提供することである。
本発明が解決しようとする課題が上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付した図面から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施例によるバッテリ遮断ユニットは、接触器と、前記接触器に電気的に連結されるバスバーと、前記バスバーの少なくとも一部と共にインサート射出される放熱シートと、前記放熱シートの下部に位置する冷却プレートとを含み、前記バスバーの端部が前記接触器に電気的に連結される。
前記バスバーの端部は、前記放熱シートの上面に垂直な方向に曲がっており、前記接触器に向かって延びている。
前記冷却プレートは、冷却流路を含むことができる。
前記冷却流路は、前記冷却プレートの少なくとも一側面に形成されている流入口および排出口を含むことができる。
前記流入口に冷却水が注入される。
前記流入口と前記排出口は、前記冷却プレートの同一の側面に形成されている。
前記放熱シートと前記冷却プレートとの間に位置する熱伝達パッドをさらに含むことができる。
前記熱伝達パッドは、板状型構造体であり、シリコーン樹脂および熱伝導物質を含むことができる。
前記バスバーの厚さは、前記放熱シートの厚さより薄い。
前記放熱シートは、放熱プラスチック物質からなる。
本発明の他の実施例による電池パックは、上記で説明したバッテリ遮断ユニットを含む。
実施例によれば、本発明は、バスバーの少なくとも一部が共にインサート射出される放熱シートを含むバッテリ遮断ユニットおよびこれを含む電池パックに関し、バスバーの断面積を最小化しながらも放熱性能が向上できる。
本発明の効果が上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付した図面から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
従来のバッテリ遮断ユニットに対する斜視図である。 本実施例によるバッテリ遮断ユニットに対する斜視図である。 図２のバッテリ遮断ユニットのＡ領域に対する断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
以下、本発明の実施例によるバッテリ遮断ユニットについて説明する。ただし、ここで、バッテリ遮断ユニットの前後面のうち前面を基準に説明されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、後面の場合にも同一または類似の内容で説明される。
図２は、本実施例によるバッテリ遮断ユニットに対する斜視図である。図３は、図２のバッテリ遮断ユニットのＡ領域に対する断面図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリ遮断ユニット１００は、接触器２００と、接触器２００に電気的に連結されるバスバー３００と、バスバー３００の少なくとも一部と共にインサート射出される放熱シート４００と、放熱シート４００の下部に位置する冷却プレート６００とを含み、バスバー３００の端部が接触器２００に電気的に連結される。
ここで、バッテリ遮断ユニット１００は、電池パックが電気的負荷である動力伝達システムに選択的に電気的に連結されるように構成される。
また、バッテリ遮断ユニット１００は、上述した接触器２００、バスバー３００、放熱シート４００、および冷却プレート６００などの部品が装着可能なフレーム（図示せず）を含むことができる。前記フレームは、上部カバーおよび下部フレームに区分されて、前記下部フレームの内部に前記部品が装着され、前記上部カバーによって前記部品を覆うことができる。一例として、前記フレームは、プラスチック素材からなる。
接触器２００は、バッテリ遮断ユニット１００が適用されるデバイスにＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）パワーを供給および遮断する機能を担う構成である。ここで、接触器２００は、電池パックの端子と動力伝達システムとの間に電気的に連結可能であり、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）あるいはＶＣＭ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）によって制御できる。
以下、図２および図３を参照して、本実施例によるバスバー３００、放熱シート４００、および冷却プレート６００について詳しく説明する。
バスバー３００は、接触器２００などを電池パックの端子や動力伝達系システムに連結するための構成である。ここで、バスバー３００の端部は、接触器２００に電気的に連結可能である。一例として、バスバー３００は、電気伝導性を有する金属板材であってもよい。
放熱シート４００は、バスバー３００の少なくとも一部と共にインサート射出されて形成される。これによって、本実施例によるバッテリ遮断ユニット１００は、バスバー３００と放熱シート４００とが互いに一体化されて、空間的に節約可能であり、製造費用および製造工程上の利点がある。また、バスバー３００を固定させると同時に、インサート射出されているバスバー３００が他の部品によって損傷するのを防止することができる。一例として、放熱シート４００は、放熱プラスチック物質からなる。
また、放熱シート４００は、接触器２００およびバスバー３００の下部と冷却プレート６００との間に位置し、放熱シート４００は、バスバー３００から発生した熱を冷却プレート６００に直ちに伝達することができ、放熱性能が向上できる。
さらに、バスバー３００の端部は、放熱シート４００の上面に垂直な方向に曲がっており、接触器２００に向かって延びている。より具体的には、放熱シート４００は、バスバー３００の厚さより厚い厚さを有して、バスバー３００の少なくとも一部が外部に露出しない。これによって、放熱シート４００からバスバー３００の端部のみ外部に露出していて、接触器２００に電気的に連結されるバスバー３００の断面積を最小化することができる。また、放熱シート４００は、インサート射出されたバスバー３００の少なくとも一部の前面に接触可能で、バスバー３００から発生した熱が放熱シート４００を介して効果的に放熱される。
また、冷却プレート６００は、放熱シート４００の下部に位置することができる。これによって、放熱シート４００は、冷却プレート６００に直接接触して、バスバー３００から発生した熱が放熱シート４００の外部に放熱される。
より具体的には、冷却プレート６００は、冷却流路６５０を含むことができる。冷却流路６５０は、冷却プレート６００の少なくとも一側面に形成されている流入口および排出口を含むことができる。また、前記冷却流路６５０は、前記流入口に冷却水が注入され、前記排出部に前記冷却水が排出される。
一例として、冷却流路６５０で前記流入口と前記排出口は、前記冷却プレートの同一の側面に形成されている。ただし、これに制限されず、前記流入口および前記排出口は、バッテリ遮断ユニット１００の内部構造上の制約を逸脱しない限り、多様な位置に形成されていてもよい。
より具体的には、本実施例によるバッテリ遮断ユニット１００が電池パックに配置される場合、前記電池パックには、冷却のために流動する冷媒経路が形成されている。つまり、電池パックの外部から流入した冷媒が電池パック内部の各部品から発生した熱を吸収した後、再び電池パックの外部に排出される循環構造が形成される。
図２および３を参照すれば、冷却プレート６００の一面は、バッテリ遮断ユニット１００の外部に露出している。ここで、冷却プレート６００は、一面がバッテリ遮断ユニット１００の外部に露出して、前記電池パックの前記冷媒経路と接するか、連結可能である。
これとともに、バスバー３００は、放熱シート４００にインサート射出されて、バスバー３００から多量発生した熱は、放熱シート４００を経て冷却プレート６００に伝達される。この時、放熱シート４００が冷却プレート６００に直接接触可能で、バスバー３００から発生した熱は効果的に冷却できる。また、放熱シート４００から冷却プレート６００に伝達された熱は、冷却プレート６００を介してバッテリ遮断ユニット１００の外部に位置する前記電池パックの前記冷媒経路に伝達される。これによって、バスバー３００から発生した熱はより効果的に冷却できる。
図２および図３を参照すれば、本発明の他の実施例によるバッテリ遮断ユニット１００は、放熱シート４００と冷却プレート６００との間に位置する熱伝達パッド５００をさらに含むことができる。一例として、熱伝達パッド５００は、板状型構造体であり、シリコーン樹脂および熱伝導物質を含むことができる。前記熱伝導物質には特別な制限がなく、金属パウダー、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）などを含むことができる。また、他の実施例によれば、熱伝達パッド５００は、熱伝達物質（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）が塗布されている熱伝達層に代替可能である。
ここで、熱伝達パッド５００は、放熱シート４００と冷却プレート６００との間に圧縮されるように構成され、これによって放熱シート４００と冷却プレート６００との間に面接触をより極大化することができる。また、熱伝達パッド５００の圧縮に依存して冷却プレート６００と放熱シート４００との間の熱伝達のための間接的接触を維持できる。
上述した本実施例によるバッテリ遮断ユニットは、電池モジュール、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。
前記バッテリ遮断ユニットや前記電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用可能である。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１００：バッテリ遮断ユニット
２００：接触器
３００：バスバー
４００：放熱シート
５００：熱伝達パッド
６００：冷却プレート
６５０：冷却流路

Claims (11)

  1. 接触器と、
    前記接触器に電気的に連結されるバスバーと、
    前記バスバーの少なくとも一部と共にインサート射出される放熱シートと、
    前記放熱シートの下部に位置する冷却プレートとを含み、
    前記バスバーの端部が、前記接触器に電気的に連結される、バッテリ遮断ユニット。
  2. 前記バスバーの端部は、前記放熱シートの上面に垂直な方向に曲がっており、前記接触器に向かって延びている、請求項１に記載のバッテリ遮断ユニット。
  3. 前記冷却プレートは、冷却流路を含む、請求項１または２に記載のバッテリ遮断ユニット。
  4. 前記冷却流路は、前記冷却プレートの少なくとも一側面に形成されている流入口および排出口を含む、請求項３に記載のバッテリ遮断ユニット。
  5. 前記流入口に冷却水が注入される、請求項４に記載のバッテリ遮断ユニット。
  6. 前記流入口と前記排出口は、前記冷却プレートの同一の側面に形成されている、請求項４または５に記載のバッテリ遮断ユニット。
  7. 前記放熱シートと前記冷却プレートとの間に位置する熱伝達パッドをさらに含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリ遮断ユニット。
  8. 前記熱伝達パッドは、板状型構造体であり、シリコーン樹脂および熱伝導物質を含む、請求項７に記載のバッテリ遮断ユニット。
  9. 前記バスバーの厚さは、前記放熱シートの厚さより薄い、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッテリ遮断ユニット。
  10. 前記放熱シートは、放熱プラスチック物質からなる、請求項１～９のいずれか一項に記載のバッテリ遮断ユニット。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載のバッテリ遮断ユニットを含む電池パック。
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