JP2024504226A - 電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パック - Google Patents
電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パック Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024504226A JP2024504226A JP2023526120A JP2023526120A JP2024504226A JP 2024504226 A JP2024504226 A JP 2024504226A JP 2023526120 A JP2023526120 A JP 2023526120A JP 2023526120 A JP2023526120 A JP 2023526120A JP 2024504226 A JP2024504226 A JP 2024504226A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- deformable member
- battery
- battery pack
- pack according
- battery cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 8
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-NOHWODKXSA-N lead-200 Chemical compound [200Pb] WABPQHHGFIMREM-NOHWODKXSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/637—Control systems characterised by the use of reversible temperature-sensitive devices, e.g. NTC, PTC or bimetal devices; characterised by control of the internal current flowing through the cells, e.g. by switching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6552—Closed pipes transferring heat by thermal conductivity or phase transition, e.g. heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本発明は、複数の電池セルを含む電池セルスタックと、前記電池セルスタックを冷却するための冷却部材と、前記複数の電池セルの熱を前記冷却部材に排出するための変形部材と、前記電池セルスタック、前記冷却部材、及び前記変形部材を内部に収容するパックケースとを含み、前記変形部材は、電池セルと電池セルとの間に介在される第１変形部材を含み、前記変形部材は、内部に冷媒を含む電池パックに関するものであり、電池セルの温度が危険温度以下のときは電池セルの温度を一定のレベルに調節することができ、危険温度より高いときは電池セル間の熱伝逹を遮断することができる。
Description
本出願は２０２１年１２月１５日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１７９４４２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この明細書の一部として含まれる。
本発明は電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パックに関するものである。具体的には、電池セルの温度が危険レベル以上に上昇する場合、隣接した電池セルへの熱伝導を防止することができる構成を備えることで、電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パックに関するものである。
リチウム二次電池は、多機能小型製品である無線モバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）または身体に着用するウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として使われているだけでなく、大気汚染を引き起こす既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示される電気自動車やハイブリッド電気自動車などのエネルギー源または電力貯蔵装置（ＥＳＳ）としても使われている。
このように、前記リチウム二次電池が大容量及び高出力のエネルギー源として使われるのに伴い、前記リチウム二次電池の安全性を確保する問題が重要な関心対象となっている。
リチウム二次電池は、充電及び放電過程で温度が増加することになり、電池セルの高温化現象は電池セルの性能を低下させる原因になる。また、電池セルの温度上昇によって発火及び爆発が発生する場合には、使用者の安全が問題となることがある。よって、電池セルの温度が発火及び爆発が起こり得る危険温度以上に上昇することを防止するために、電池パック内に熱伝導度の高い素材からなる熱伝逹部材を備え、電池セルの熱エネルギーが前記熱伝逹部材を介して排出されるようにする。
しかし、エネルギー密度の高い電池パックを製造するために、電池セルが密着するように配置される場合、前記熱伝逹部材を介して熱エネルギーが排出されるよりは、隣接した電池セルへの熱伝播が発生しやすい。
また、前記熱伝逹部材がむしろ電池セル間の熱伝逹通路として機能すれば、電池セル間の熱伝播速度が急激に増加することになることがある。
したがって、複数の電池セルが密着して配列された状態で、特定の電池セルの温度が急激に上昇する場合、他の電池セルに熱伝逹されることを防止するための技術が必要である。
これに関連して、特許文献１は、電池セルの外面に電熱プレートが付加され、ハウジングの内側面に熱伝導部材が付着され、前記電熱プレートの一側端が前記熱伝導部材に接触することができる形態の電池パックに関するものであり、電池セルの温度によって熱伝導部材と接触する前記電熱プレートの接続部の形態が変形される。具体的には、熱膨張係数が互いに異なる金属層から前記接続部が構成され、電池セルの温度が低ければ接続部がもっと大きく曲がって熱伝導部材から遠ざかり、電池セルの温度が増加すれば接続部が熱伝導部材に近づくように変形される。したがって、電池セルの温度上昇の際、熱伝導部材を介して熱伝導されることができる。
このように、特許文献１は、それぞれの電池セルに折り曲げられた形態の絶縁プレートを配置し、絶縁プレートに熱膨張係数が互いに異なる金属層を適用することで、電池セルの熱を熱伝導部材に伝達する構成を開示している。
しかし、特許文献１は、電池セルの間に熱伝導されることを防止するための構造を提示してはいない。
特許文献２は、モジュールケースとバッテリーセルとの間及び複数のバッテリーセルの間に充填部を備え、前記充填部は、バッテリーモジュール内の温度が低いときはバッテリーセルが膨れ上がることを防止するために体積が増加し、バッテリーモジュール内の温度が高いときはモジュールケースとバッテリーセルとの間及び複数のバッテリーセルの間に冷却流路を確保するように充填部の体積が減少する。
特許文献２の充填部は温度によって形態が変わる形状変形素材からなるが、温度上昇の際、前記充填部が収縮して冷却流路を確保することで、電池セルが冷却することができる。
しかし、特許文献２は、膨張した状態の充填部が電池セルの間に配置されるので、エネルギー密度の高い電池パックに適用することは難しい形態である。
したがって、複数の電池セルが密着するように配列された電池パックのうちの特定の電池セルで熱暴走現象が発生する場合、隣接した電池セルに熱伝逹されることを防止することができる技術が必要である。
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、密着して配列された複数の電池セルの間に配置された変形部材が電池セルの温度上昇の際に変形されることで、隣接した電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パックを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明による電池パックは、複数の電池セルを含む電池セルスタックと、前記電池セルスタックを冷却するための冷却部材と、前記複数の電池セルの熱を前記冷却部材に排出するための変形部材と、前記電池セルスタック、前記冷却部材、及び前記変形部材を内部に収容するパックケースとを含み、前記変形部材は、前記電池セルと前記電池セルとの間に介在される第１変形部材を含み、前記変形部材は、内部に冷媒を含む。
前記変形部材は、前記電池セルスタックと前記冷却部材との間に配置される第２変形部材をさらに含むことができる。
前記変形部材は、内部に含まれた冷媒を除いた残りの部分が空間である真空状態になることができる。
前記冷媒が前記電池セルの熱によって蒸発し、前記冷却部材によって凝縮する相転移が起こり、前記冷媒の相転移によって前記複数の電池セルから前記冷却部材に熱伝逹されることができる。
前記変形部材の温度が前記冷媒の沸点以上になれば、前記変形部材は体積が膨張するように変形され、前記冷媒が全部気体に相転移すれば、前記複数の電池セルから前記冷却部材への熱伝逹を遮断することができる。
前記変形部材のケースは、形状記憶合金からなることができる。
前記冷媒は、前記電池セルの温度によって蒸発及び凝縮して相転移することができる。
前記ケースは、前記電池セルまたは前記冷却部材と対面する第１面及び第２面を含み、前記形状記憶合金の変形温度より低い温度では前記第１面及び前記第２面が平面形態であるが、前記変形温度より高い温度では前記第１面及び前記第２面が曲面形態に変形されることができる。
前記第１面及び前記第２面が曲面形態に膨張変形されることによって前記変形部材の内部の冷媒が全部蒸発すれば、前記複数の電池セルから前記冷却部材への熱伝逹を遮断することができる。
前記電池セルと前記電池セルとの間には前記第１変形部材または断熱材が配置されることができる。
前記断熱材は、弾性素材からなることができる。
前記変形部材は、板状の形態を有することができる。
前記冷媒は、エタノール、メタノール及び水からなる群から選択される１種であってもよい。
また、本発明は、前記電池パックをエネルギー源として含むデバイスを提供する。
また、本発明は、前記課題の解決手段を多様に組み合わせた形態としても提供することができる。
以上で説明したように、本発明による電池パックは、複数の電池セルの熱を冷却部材に排出するための変形部材を含むので、電池セルの温度が急激に増加することを防止することができる。
また、電池セルの温度が危ないレベルに上昇する場合、変形部材の熱伝導度が著しく減少することで、電池セルの間に熱伝逹が起こることを遮断することができる。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、またはＡ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。
本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。
図１は本発明による電池パックの斜視図である。
図１を参照すると、本発明による電池パックは、複数の電池セル１１０を含む電池セルスタック１００、電池セルスタック１００を冷却するための冷却部材２００、複数の電池セル１１０の熱を冷却部材２００に排出するための変形部材３００、及び電池セルスタック１００、冷却部材２００、及び変形部材３００を内部に収容するパックケース４００を含み、変形部材３００は、電池セル１１０と電池セル１１０との間に介在される第１変形部材３１０を含む。
また、変形部材３００は、電池セルスタック１００と冷却部材２００との間に配置される第２変形部材３２０を含む。
変形部材３００は内部に冷媒を含んでおり、前記冷媒を収容するケースは熱伝導性に優れた素材から構成される。よって、変形部材３００を介して電池セルの冷却及び電池セル間の熱移動が起こることができるので、第１変形部材３１０を介して電池セル間の温度偏差の発生を防止することができ、電池セル１１０で発生する熱は第２変形部材３２０を介して冷却部材２００に排出されることができる。
具体的には、複数の電池セル１１０を含む電池セルスタック１００の下部には電池セル１１０を冷却させるための冷却部材２００が配置され、電池セルスタック１００と冷却部材２００との間には第２変形部材３２０が配置される。よって、第２変形部材３２０を介して電池セルスタック１００の熱が冷却部材２００に排出されることができるので、電池セル１１０の温度を一定の範囲に維持することができる。
パックケース４００内に、電池セルスタック１００、変形部材３００、及び冷却部材２００を収容した後、トッププレート４１０でパックケース４００の開放上面を覆って密封することで、電池パックを組み立てることができる。
しかし、図１に示すものとは違い、パックケース４００は、電極端子が突出した方向にエンドプレートが組み立てられるモノフレーム、またはＵ形フレームの形態を有することができ、パックケースの形態によって電池パックの密封方法が変わることができる。
冷却部材２００はケースの内部に冷媒が流動する構成を有することができ、冷却部材２００には前記冷媒の流出入のための流入部及び排出部が形成されることができ、パックケース４００の外部から冷媒が供給され、パックケース４００の外部に冷媒が排出されることができる。
電池セルは金属層及び樹脂層を含むラミネートシートからなるパウチ型電池ケースに電極組立体が収容されたパウチ型電池セルであり得るか、または金属の角形缶または円筒形缶に電極組立体が収納された角型電池セルまたは円筒型電池セルであり得る。
また、図１は正極リード１１１及び負極リード１１２が互いに反対方向に突出した両方向パウチ型電池セルを示しているが、これとは違い、正極リード１１１及び負極リード１１２が同一方向に突出した単方向パウチ型電池セルを適用することができるというのは言うまでもない。
図２は第１実施例による電池パックの一部の斜視図であり、図３は図２のＡ－Ａ’についての断面図である。
図２及び図３を参照すると、図１からパックケースが省略された状態を示している。
第１変形部材３１０及び第２変形部材３２０は板状の形態を有する。
第１変形部材３１０のｙ方向の長さ及びｚ方向の長さはこれらに対応する電池セル１１０のｙ方向の長さ及びｚ方向の長さより長いか同じ長さを有するように形成されることができる。よって、電池セル１１０と第１変形部材３１０との間の接触面を最大にして早い熱交換をなすことができる。
電池セルスタックが上部に配置される第２変形部材３２０のｘ方向の長さ及びｚ方向の長さは電池セル１１０と第２変形部材３２０とが密着した構造体のｘ方向の長さ及びｚ方向の長さより長いか同じ長さを有するように形成されることができる。よって、第２変形部材３２０は、電池セル１１０及び第１変形部材３１０と冷却部材２００との間の熱交換が起こる面積を広く確保している。
一具体例で、電池セルの発熱による熱暴走現象が発生し得る温度を約１５０℃とするとき、電池セルの温度が１５０℃未満の状態を安全温度範囲と言い、１５０℃以上の状態を危険温度範囲と言える。安全温度範囲で第１変形部材３１０及び第２変形部材３２０は平板形になり、電池セルとの接触面積が最大になる状態を維持するので、電池セルが円滑に冷却されることで過熱を防止することができる。
図４は変形部材の変形の前後の状態を示す垂直断面図である。
図４は変形部材のうちの第１変形部材３１０の垂直断面図であり、以下で説明する第１変形部材についての説明は第２変形部材にも同様に適用することができる。
第１変形部材３１０は内部に冷媒３１３を含み、冷媒３１３を除いた残りの部分が空間である真空状態に構成されることができる。前記真空状態の空間で冷媒３１３は電池セルの温度によって蒸発及び凝縮することができる。具体的には、電池セルの熱によって冷媒が蒸発し、冷却部材２００によって冷媒が凝縮する相転移が起こる。このような冷媒の相転移によって複数の電池セル１１０の熱が第１変形部材３１０及び第２変形部材３２０を介して冷却部材２００に伝達されることができる。
図４で、冷媒がある第１変形部材３１０の下部は第２変形部材３２０と接触し、第２変形部材３２０は冷却部材と接触するように配置されるので、第２変形部材３２０の温度は第１変形部材３１０の温度より低い状態になる。
したがって、第１変形部材３１０の内部において、第２変形部材と接触して相対的に温度が低い下部で冷媒が凝縮し、相対的に温度が高い上部で蒸発が起こる過程が循環することができる。
例えば、前記第１変形部材及び第２変形部材はヒートパイプからなることができ、公知のヒートパイプはその種類に関係なく本発明の変形部材に適用可能である。
一具体例で、第１変形部材３１０は形態変形の可能な素材からなるので、電池セルの温度が１５０℃以上になって危険温度範囲になれば、第１変形部材３１０は、図４に示すように、体積が膨張するように変形されることができる。
すなわち、電池セルの温度が冷媒３１３の沸点以上になれば、第１変形部材３１０は体積が膨張するように変形され、冷媒３１３の全部が気体に相転移すれば、複数の電池セルから前記冷却部材への熱伝逹を遮断することができる。
このように、第１変形部材３１０が体積膨張すれば、断熱膨張によってすべての冷媒が気体に相転移した状態になって熱伝導度が急激に減少することで、電池セル間の熱交換、及び電池セルと冷却部材との間の熱交換を遮断することができる。
また、第１変形部材３１０の体積膨張によって、電池セルと接触する面積が減少することになるので、電池セル間の熱交換が一層低下することができる。
変形部材の体積膨張方法としては、特定の温度以上になればトリガーされて自ら形態が変形される素材からなるケースを使うことができる。もしくは、圧力によって膨張及び収縮可能な素材からなる変形部材にシリンダーのような押圧手段を連結して圧力を印加することによって体積を膨張させる方法などを使うことができる。
一具体例で、変形部材のケースは形状記憶合金からなることができ、変形部材の内部に電池セルの温度によって蒸発及び凝縮するように相転移する冷媒を含むことができる。
ケースは、電池セルまたは冷却部材と対面する広い長方形の第１面３１１及び第２面３１２を含み、形状記憶合金の変形温度より低い温度では第１面３１１及び第２面３１２が平面形態を有するが、変形温度より高い温度では第１面３１１及び第２面３１２が曲面形態に変形される。
このように、第１面３１１及び第２面３１２が曲面形態に膨張変形されることにより、変形部材の内部の冷媒が全部蒸発して気体状態としてだけ存在すれば、複数の電池セル間の熱伝逹、及び複数の電池セルから冷却部材への熱伝逹を遮断することができる。
冷媒３１３は膨張変形に必要な温度を考慮して選択することができ、例えば、メタノール、エタノール及び水からなる群から選択することができる。
第１変形部材３１０も上下方向を基準に第２変形部材３２０と同じ方式で相転移することができる。
図５は第２実施例による電池パックの一部の斜視図である。
図５を参照すると、本発明による電池パックからパックケース及び冷却部材が省略された状態を示している。
電池セル１１０の下部には第２変形部材３２０が配置され、電池セル１１０の間には第１変形部材３１０または断熱材３３０が配置される。
すなわち、一の電池セル１１０と他の一の電池セル１１０との間には第１変形部材３１０及び断熱材３３０のうちのいずれか一つが配置され、すべての電池セルは少なくとも一側外面で第１変形部材３１０と接触している。
したがって、断熱材３３０を介して隣り合う電池セル間の熱交換を遮断することができ、変形部材を介して電池セルの熱を外部に排出することができる。
一方、本発明による第１変形部材及び第２変形部材は、電池セルの温度上昇の際に体積が膨張する素材からなるので、変形部材の体積増加の際、電池セルを含む電池セルスタックの外形が大きくなることができる。しかし、電池セルスタックの体積は電池パック内に備えられた一定の空間を超えないことが好ましいので、断熱材３３０として弾性素材からなる断熱材を配置することで、変形部材の体積増加を緩衝することができる。
その他に、図５に示す第１変形部材及び第２変形部材は図２～図４の説明で開示した第１変形部材及び第２変形部材についての説明を同様に適用することができる。
本発明による電池パックをエネルギー源として含むデバイスを提供することができる。前記デバイスは、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、電気カート及び電気二輪車などが相当することができる。
このように、本発明による電池パックを高容量及び高出力の必要なデバイスに適用しても、電池セルの急激な温度上昇を防止し、電池セル間の熱伝導を遮断することができるので、安全性が向上した電池パックを提供することができる。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
１００ 電池セルスタック
１１０ 電池セル
１１１ 正極リード
１１２ 負極リード
２００ 冷却部材
３００ 変形部材
３１０ 第１変形部材
３２０ 第２変形部材
３１１ 第１面
３１２ 第２面
３１３ 冷媒
３３０ 断熱材
４００ パックケース
４１０ トッププレート
１１０ 電池セル
１１１ 正極リード
１１２ 負極リード
２００ 冷却部材
３００ 変形部材
３１０ 第１変形部材
３２０ 第２変形部材
３１１ 第１面
３１２ 第２面
３１３ 冷媒
３３０ 断熱材
４００ パックケース
４１０ トッププレート
Claims (14)
- 複数の電池セルを含む電池セルスタックと、
前記電池セルスタックを冷却するための冷却部材と、
前記複数の電池セルの熱を前記冷却部材に排出するための変形部材と、
前記電池セルスタック、前記冷却部材、及び前記変形部材を内部に収容するパックケースと、
を含み、
前記変形部材は、前記電池セルと前記電池セルとの間に介在される第１変形部材を含み、
前記変形部材は、内部に冷媒を含む、電池パック。 - 前記変形部材は、前記電池セルスタックと前記冷却部材との間に配置される第２変形部材をさらに含む、請求項１に記載の電池パック。
- 前記変形部材は、内部に含まれた冷媒を除いた残りの部分が空間である真空状態である、請求項１に記載の電池パック。
- 前記冷媒が前記電池セルの熱によって蒸発し、前記冷却部材によって凝縮する相転移が起こり、
前記冷媒の相転移によって前記複数の電池セルから前記冷却部材に熱伝逹される、請求項１に記載の電池パック。 - 前記変形部材の温度が前記冷媒の沸点以上になれば、前記変形部材は体積が膨張するように変形され、
前記冷媒が全部気体に相転移すれば、前記複数の電池セルから前記冷却部材への熱伝逹を遮断する、請求項１に記載の電池パック。 - 前記変形部材のケースは、形状記憶合金からなる、請求項１に記載の電池パック。
- 前記冷媒は、前記電池セルの温度によって蒸発及び凝縮して相転移する、請求項１に記載の電池パック。
- 前記ケースは、前記電池セルまたは前記冷却部材と対面する第１面及び第２面を含み、
前記形状記憶合金の変形温度より低い温度では前記第１面及び前記第２面が平面形態であるが、前記変形温度より高い温度では前記第１面及び前記第２面が曲面形態に変形される、請求項６に記載の電池パック。 - 前記第１面及び前記第２面が曲面形態に膨張変形されることによって前記変形部材の内部の冷媒が全部蒸発すれば、前記複数の電池セルから前記冷却部材への熱伝逹を遮断する、請求項８に記載の電池パック。
- 前記電池セルと前記電池セルとの間には前記第１変形部材または断熱材が配置される、請求項１に記載の電池パック。
- 前記断熱材は、弾性素材からなる、請求項１０に記載の電池パック。
- 前記変形部材は、板状の形態を有する、請求項１に記載の電池パック。
- 前記冷媒は、エタノール、メタノール及び水からなる群から選択される１種である、請求項１に記載の電池パック。
- 請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池パックをエネルギー源として含む、デバイス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210179442A KR20230090567A (ko) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 전지셀들 간의 열전달이 차단되는 전지팩 |
| KR10-2021-0179442 | 2021-12-15 | ||
| PCT/KR2022/020447 WO2023113493A1 (ko) | 2021-12-15 | 2022-12-15 | 전지셀들 간의 열전달이 차단되는 전지팩 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024504226A true JP2024504226A (ja) | 2024-01-31 |
Family
ID=86773113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023526120A Pending JP2024504226A (ja) | 2021-12-15 | 2022-12-15 | 電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パック |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240063456A1 (ja) |
| EP (1) | EP4270606A1 (ja) |
| JP (1) | JP2024504226A (ja) |
| KR (1) | KR20230090567A (ja) |
| CN (1) | CN116686138A (ja) |
| WO (1) | WO2023113493A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102633200B1 (ko) * | 2023-07-27 | 2024-02-02 | 주식회사 엔에스머티리얼즈 | 배터리 모듈 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011096465A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Tokyo R & D Co Ltd | 冷却板及びバッテリーシステム |
| JP2013120827A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Ud Trucks Corp | 蓄電モジュールの温度調整装置 |
| JP2013178966A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電池モジュール |
| KR101470072B1 (ko) * | 2012-06-04 | 2014-12-08 | 현대자동차주식회사 | 배터리 셀 모듈용 열 제어 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈 |
| JP2018041582A (ja) | 2016-09-06 | 2018-03-15 | 株式会社豊田自動織機 | 電池モジュール及び電池パック |
| KR102365631B1 (ko) | 2018-01-09 | 2022-02-21 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 모듈 |
| JP7094920B2 (ja) * | 2019-07-10 | 2022-07-04 | 本田技研工業株式会社 | 蓄電モジュール |
-
2021
- 2021-12-15 KR KR1020210179442A patent/KR20230090567A/ko active Search and Examination
-
2022
- 2022-12-15 CN CN202280009248.7A patent/CN116686138A/zh active Pending
- 2022-12-15 WO PCT/KR2022/020447 patent/WO2023113493A1/ko active Application Filing
- 2022-12-15 JP JP2023526120A patent/JP2024504226A/ja active Pending
- 2022-12-15 US US18/271,431 patent/US20240063456A1/en active Pending
- 2022-12-15 EP EP22907960.3A patent/EP4270606A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230090567A (ko) | 2023-06-22 |
| WO2023113493A1 (ko) | 2023-06-22 |
| EP4270606A1 (en) | 2023-11-01 |
| CN116686138A (zh) | 2023-09-01 |
| US20240063456A1 (en) | 2024-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101233318B1 (ko) | 전지 모듈 | |
| KR101780037B1 (ko) | 배터리 셀 냉각장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 | |
| CN108232360B (zh) | 用于电池的热分配器 | |
| KR20150127863A (ko) | 배터리 모듈 | |
| KR101960922B1 (ko) | 배터리 모듈 | |
| KR101545166B1 (ko) | 전지셀 냉각 부재 | |
| KR101658517B1 (ko) | 냉각 부재를 활용한 전지모듈 | |
| CN111492532B (zh) | 电池模块 | |
| JP2010092833A (ja) | 蓄電装置 | |
| KR102025861B1 (ko) | 배터리 셀 냉각장치 | |
| EP3264519B1 (en) | Battery pack | |
| JP2024504226A (ja) | 電池セル間の熱伝逹を遮断する電池パック | |
| JP7463282B2 (ja) | 電源装置 | |
| JP7436125B2 (ja) | 電池モジュールおよびこれを含む電池パック | |
| JP2023528521A (ja) | 電池パックおよびこれを含むデバイス | |
| JP7297779B2 (ja) | 電源装置 | |
| JP7488244B2 (ja) | 電池モジュール | |
| KR102085339B1 (ko) | 열전도 구조를 개선한 배터리 모듈 | |
| KR102377870B1 (ko) | 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 | |
| JP7222589B2 (ja) | 電池モジュールおよびこれを含む電池パック | |
| KR20200068234A (ko) | 배터리 모듈 | |
| CN116686139A (zh) | 包括其中有形成冷却液流入部和冷却液排出部的传热构件的电池组 | |
| JP7429209B2 (ja) | 蓄電装置 | |
| KR20220062995A (ko) | 이차 전지 | |
| EP4199191A1 (en) | Battery module and battery pack comprising same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230427 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240522 |