JP5221697B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパックに関する。

一般的に、二次電池は、充電及び放電が可能で繰り返して使用できる電池であり、一つのバッテリーセルで構成されて携帯電話、ノートパソコン、コンピュータ、カメラ、カムコーダーなどの携帯用小型電子機器に使われることができる。または複数のバッテリーセルを含むバッテリーパックで構成されて電気スクーターなどのモータ駆動用電源に使われることができる。

前記バッテリーパックは高出力のモータ駆動用電源として使用され、充電または放電動作によって多くの熱が発生する。このような熱はバッテリーセルを劣化させ得る。これにより、放熱特性を向上させる構造のバッテリーパックが要求されている。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、冷却水を利用する熱交換の効率を上げてバッテリーセルから発生した熱を效率的に放出することが可能な、新規かつ改良されたバッテリーパックを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルに結合された冷却部を含み、前記冷却部は、前記複数のバッテリーセルに近い順に配置された第１プレート、第２プレート及び第３プレートを含み、前記第１プレートに冷却水引入孔と冷却水排出孔が形成され前記第２プレートに冷却水流れ経路が形成された複数の冷却プレートと、前記第１プレートに冷却水を供給し、前記第１プレートから冷却水を回収する冷却水保存部を含むことを特徴とするバッテリーパックが提供される。

また、前記冷却水流れ経路は、前記第２プレートに形成された複数のホールによって形成されることとしても良い。

また、前記複数のバッテリーセルと前記第１プレートの間にサーマルパッドが介在されることとしても良い。

また、前記第１プレートと前記第３プレートは熱伝導性材質で形成されることとしても良い。

また、前記第１プレートと前記第３プレートは金属材質で形成されることとしても良い。

また、前記冷却部は、前記第１プレートの一側に前記冷却水引入孔と連結される第１連結孔と、前記冷却水排出孔と連結される第２連結孔とを有する連結部をさらに含み、前記冷却水保存部は、前記第１連結孔と連結される第１連結管と、前記第２連結孔と連結される第２連結管をさらに含むこととしても良い。

また、前記第２プレートの冷却水流れ経路にウィックが形成されることとしても良い。

また、前記ウィックは第１金属ラインと第２金属ラインがメッシュ状に形成されて成ることとしても良い。

また、前記第２プレートは断熱性材質で形成されることとしても良い。

また、前記第２プレートはプラスチック材質で形成されることとしても良い。

また、前記第２プレートは、前記第１プレートと接触する第１層と、前記第１層と接触する第２層と、前記第２層と前記第３プレートの間に介在される第３層を含むこととしても良い。

また、前記第１層は、前記第１プレートから前記冷却水が引入される第１冷却水引入孔と、前記第１層で前記冷却水が拡散するように形成される第１冷却水伝達孔と、前記第１層で前記冷却水が集められるように形成される第１冷却水収集孔と、前記冷却水を前記第１プレートに排出させる第１冷却水排出孔を含むこととしても良い。

また、前記第２層は、前記第１冷却水引入孔と連結される第２冷却水引入孔と、前記第１冷却水伝達孔の一側と連結される第２冷却水排出孔と、前記第１冷却水伝達孔の他側と連結される第２冷却水伝達孔と、前記第１冷却水収集孔と連結される第２冷却水収集孔を含むこととしても良い。

また、前記第３層は、前記第２冷却水引入孔と連結される第３冷却水引入孔と、前記第２冷却水伝達孔と連結される第３冷却水伝達孔と、前記第２冷却水収集孔と連結される第３冷却水収集孔を含むこととしても良い。

また、前記第３層は脈動流防止用孔又は重量減少用孔を含むこととしても良い。

また、前記第２プレート及び前記第３プレートのうち少なくともいずれか一つは脈動流防止用孔又は重量減少用孔を含むこととしても良い。

また、前記複数の冷却プレートは前記複数のバッテリーセルの下面に配置されることとしても良い。

また、前記第３プレートを露出させながら前記複数のバッテリーセルと前記冷却部をカバーするハウジングケースをさらに含むこととしても良い。

また、前記第３プレートにヒートシンクがさらに設置されることとしても良い。

以上説明したように本発明によれば、冷却水流れ経路を含む複数の冷却プレートを含むことによって、冷却水を利用する熱交換の効率を上げることができる。したがって、本発明によれば、バッテリーセルの熱を效率的に放出することによって、熱によるバッテリーセルの劣化を防止できる。

本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す構成図である。 図１でハウジングケースを除いたバッテリーパックを示す斜視図である。 図１の冷却部の一部を示す分解斜視図である。 図３に図示された第１層の一部を示す断面図である。 図１の冷却部に形成された冷却水流れ経路を概略的に示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す構成図である。図２は、図１でハウジングケースを除いたバッテリーパックを示す斜視図である。図３は、図１の冷却部の一部を示す分解斜視図である。図４は、図３に図示された第１層の一部を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１００は複数のバッテリーセル２００、冷却部３００及びハウジングケース４００を含む。

複数のバッテリーセル２００は一列に配置され、連結部材（図示せず）によって互いに直列又は並列に連結される。このような複数のバッテリーセル２００は外部電子機器に連結されて電源を供給する放電動作を行うか、外部電子機器から電源供給を受ける充電動作を行う。

複数のバッテリーセル２００はそれぞれ正極板と負極板がセパレーターを間に置いて位置する電極組立体２１１、電極組立体２１１が内蔵される空間を具備するケース２１２、ケース２１２と結合されてケース２１２を密閉するキャップ組立体２１３、及び正極板と負極版とそれぞれ電気的に連結されキャップ組立体２１３の外側に突出される正極端子２１４と負極端子２１５を含む。ここで、複数のバッテリーセル２００は放電動作又は充電動作などを行う過程で意図しない多くの熱を発生させることがある。

冷却部３００は複数のバッテリーセル２００に結合され、冷却水によって複数のバッテリーセル２００を冷却させる役割を行う。このために、冷却部３００は複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０、連結部３７０及び冷却水保存部３８０を含む。ここで、冷却部３００は真空状態であることがある。

複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０は複数のバッテリーセル２００の下面に配置され、複数のバッテリーセル２００を冷却させるための冷却水の冷却水流れ経路を含む。複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０は複数のバッテリーセル２００に近い順に配置される第１プレート３１０、第２プレート３２０及び第３プレート３３０に区分され得る。

第１プレート３１０は複数のバッテリーセル２００に最も近く接触し、複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０のうち内部層を構成する。このような第１プレート３１０は複数のバッテリーセル２００から発生した熱を第２プレート３２０に伝達する役割を行う。このため、第１プレート３１０は熱伝導性を有するアルミニウムのような金属材質で形成され、複数のバッテリーセル２００と略全面的に接触される面積を有する。ここで、第１プレート３１０は外周縁の一部から突出した突出領域を有し、このような突出領域には冷却水引入孔３１１、冷却水排出孔３１２及び内側結合孔３１３が形成される。

冷却水引入孔３１１は冷却水を複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０に最初に引入させ、冷却水排出孔３１２は冷却水を複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０から最後に排出させ、内側結合孔３１３は第１プレート３１０、第２プレート３２０、第３プレート３３０を結合させる結合部材が通過するようにする。一方、複数のバッテリーセル２００と第１プレート３１０の間には複数のバッテリーセル２００の熱放出効率を上げるためにサーマルパッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）が介在され得る。

第２プレート３２０は第１プレート３１０と接触し、複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０のうち中間層を構成する。第２プレート３２０は実質的に冷却水流れ経路を含み、第１プレート３１０と第３プレート３３０の間で冷却水流れ経路を形成するための複数の孔を含む。このような第２プレート３２０は冷却水流れ経路を介して流れる冷却水が複数のバッテリーセル２００と熱交換を行って複数のバッテリーセル２００を冷却させる空間を提供する。熱交換を行った冷却水は液状及びガス状が混在する状態、またはガス状状態であり得る。ここで、冷却水流れ経路の一部には金属メッシュのようなウィック（ｗｉｃｋ）が形成される。ウィックは冷却水流れの駆動力である毛細管力を発生させて冷却水の自然的な流れを可能にする。

また、第２プレート３２０は複数のバッテリーセル２００の熱容量に応じて冷却水の流れが調節されるように、断熱性材質、例えばプラスチック材質で形成され得る。このような第２プレート３２０は第１プレート３１０を介して伝達された複数のバッテリーセル２００の熱が高い場合は冷却水の流れを速め、第１プレート３１０を介して伝達された複数のバッテリーセル２００の熱が低い場合は冷却水の流れを緩める。ここで、第２プレート３２０が熱伝導性を有する材質で形成されると、第１プレート３１０を介して伝達された複数のバッテリーセル２００の熱が均一になり冷却水の流れを調節することができない。

また、第２プレート３２０は多層で構成されることができ、例えば、第１層３４０、第２層３５０及び第３層３６０を含むことができる。ここで、第２プレート３２０は単一層で構成されることもあるので、本発明では第２プレート３２０の構成を限定しない。

第１層３４０は第１プレート３１０と接触し第１プレート３１０と略対応する面積を有する。第１層３４０は第１冷却水引入孔３４１、第１冷却水伝達孔３４２、第１冷却水収集孔３４３、第１冷却水排出孔３４４及び第１結合孔３４５を含む。

第１冷却水引入孔３４１は冷却水引入孔３１１と連結されるように形成され、第１プレート３１０から冷却水が引入されるようにする。ここで、第１冷却水引入孔３４１は複数個の孔を有する形態に形成され得る。第１冷却水伝達孔３４２は第１層３４０で冷却水が拡散するように形成される。第１冷却水収集孔３４３は第１層３４０で冷却水が集められるようにする。第１冷却水排出孔３４４は冷却水排出孔３１２と連結されるように形成され、第１プレート３１０に冷却水が排出されるようにする。第１結合孔３４５は第１プレート３１０の内側結合孔３１３と連結されるように形成され、第１プレート３１０、第２プレート３２０、第３プレート３３０を結合させる結合部材３０１が通過するようにする。

前述した第１層３４０は第１プレート３１０に最も近く接触して第１プレート３１０を介して伝達された複数のバッテリーセル２００の熱を冷却させるために中心的な役割を行う。これにより、第１層３４０で複数のバッテリーセル２００を冷却させるために使用される冷却水が容易に流れるように、第１層３４０の冷却水流れ経路を形成する第１冷却水引入孔３４１、第１冷却水伝達孔３４２、第１冷却水収集孔３４３、第１冷却水排出孔３４４にウィック３４８が形成される。図４は、例えば、第１冷却水伝達孔３４２に金属メッシュ状のウィック３４８が形成される場合を図示した図である。ウィック３４８は具体的に第１金属ライン３４８ａと第２金属ライン３４８ｂがメッシュ状に形成されて構成されることができる。

第２層３５０は第１層３４０と接触し、第１層３４０と略対応する面積を有する。第２層３５０は第２冷却水引入孔３５１、第２冷却水排出孔３５２、第２冷却水伝達孔３５３、第２冷却水収集孔３５４及び第２結合孔３５５を含む。

第２冷却水引入孔３５１は第１冷却水引入孔３４１と連結されるように形成され、第１層３４０から冷却水が引入されるようにする。ここで、第２冷却水引入孔３５１も第１冷却水引入孔３４１と同じように複数個の孔を有する形態に形成され得る。第２冷却水排出孔３５２は第１冷却水伝達孔３４２の一側と連結され、第２層３５０から冷却水が第１層３４０に引入されるようにする。第２冷却水伝達孔３５３は第１冷却水伝達孔３４２の他側と連結され、第１層３４０から冷却水が第２層３５０に引入されるようにする。第２冷却水収集孔３５４は第１冷却水収集孔３４３と連結され、第２層３５０から冷却水が第１層３４０に引入されるようにする。第２結合孔３５５は第１層３４０の第１結合孔３４５と連結されるように形成され、第１プレート３１０、第２プレート３２０、第３プレート３３０を結合させる結合部材３０１が通過するようにする。

第３層３６０は第２層３５０と接触し、第２層３５０と略対応する面積を有する。第３層３６０は第３冷却水引入孔３６１、第３冷却水伝達孔３６２、第３冷却水収集孔３６３及び第３結合孔３６４を含む。

第３冷却水引入孔３６１は第２冷却水引入孔３５１と連結されるように形成され、第２層３５０から冷却水が引入されるようにする。ここで、第３冷却水引入孔３６１は第２冷却水引入孔３５１と同じように複数個の孔を有する形態に形成されることができ、複数個の孔は水平方向に延長されて複数個のトラック３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃを形成できる。このような第３冷却水引入孔３６１は第２層３５０から引入される冷却水を第３層３６０で分配して流す。第３冷却水伝達孔３６２は第２冷却水伝達孔３５３と連結される。第３冷却水収集孔３６３は第２冷却水収集孔３５４と連結される。第３結合孔３６４は第２層３５０の第２結合孔３５５と連結されるように形成され、第１プレート３１０、第２プレート３２０、第３プレート３３０を結合させる結合部材３０１が通過するようにする。一方、第３層３６０は冷却水が不規則的に流れることを防止するための脈動流防止用孔３６５と、複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０の重量を減少させるための重量減少用孔３６６をさらに含むことができる。ここで、脈動流防止用孔３６５は冷却水を補充するためのリザーバー（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）として使用され得る。

第３プレート３３０は第２プレート３２０、具体的には第３層３６０と接触し、複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０のうち外部層を構成する。第３プレート３３０は第２プレート３２０で熱交換された冷却水の熱を外部に伝達して放出する。これにより、第３プレート３３０で冷却水は外部と熱交換を行うことになる。第３プレート３３０で熱交換された冷却水は液状状態又は液状及びガス状が混在する状態であり得る。

第３プレート３３０は第１プレート３１０のように熱伝導性を有するアルミニウムのような金属材質で形成され、第３層３６０と略全面的に接触される面積を有する。第３プレート３３０は第３層３６０の第３結合孔３６４と連結される外側結合孔３３１を含む。また、第３プレート３３０は第３層３６０のように脈動流防止用孔３３２と重量減少用孔３３３をさらに含むことができる。一方、第３プレート３３０には熱放出効率を上げるためにヒートシンクがさらに設置され得る。

連結部３７０は第１プレート３１０の一側に冷却水引入孔３１１と連結される第１連結孔３７１と、冷却水排出孔３１２と連結される第２連結孔３７２を含む。このような連結部３７０は冷却水保存部３８０から供給される冷却水を第１連結孔３７１を介して冷却水引入孔３１１に引入させ、冷却水排出孔３１２から排出される冷却水を第２連結孔３７２を介して冷却水保存部３８０に回収させる。

冷却水保存部３８０は冷却水を保存可能に形成され、第１連結孔３７１と連結された第１連結管３８１と、第２連結孔３７２と連結された第２連結管３８２を含む。このような冷却水保存部３８０は第１連結管３８１を介して第１プレート３１０に冷却水を供給し、第２連結管３８２を介して第１プレート３１０から冷却水を回収する。

ハウジングケース４００は第３プレート３３０の一面が露出するように複数のバッテリーセル２００と冷却部３００をカバーし、バッテリーパック１００の外観を形成する。このようなハウジングケース４００は第３プレート３３０を介してバッテリーパック１００の熱を放出させることができる。

次に、冷却水保存部３８０から冷却水が供給されて複数のバッテリーセル２００を冷却した後、冷却水保存部３８０に回収される冷却水流れ経路を具体的に説明する。

図５は、図１の冷却部に形成された冷却水流れ経路を概略的に示すための図である。図５に示すように、まず冷却水保存部３８０から供給される冷却水は第１連結管３８１、第１連結孔３７１、冷却水引入孔３１１、第１冷却水引入孔３４１、第２冷却水引入孔３５１、第３冷却水引入孔３６１を介して流れる。そして、冷却水は第３冷却水引入孔３６１の複数のトラック３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃに沿って流れる。この時、冷却水は液状状態であり得る。

この後、冷却水は第２冷却水排出孔３５２を通過して第１冷却水伝達孔３４２に引入される。そして、冷却水は第１冷却水伝達孔３４２に沿って流れた後、第２冷却水伝達孔３５３を通過して第３冷却水伝達孔３６２に流れる。ここで、冷却水は複数のバッテリーセル２００と熱交換を行って液状及びガス状が混在する状態、またはガス状状態であり得る。

次いで、冷却水は第３冷却水伝達孔３６２から再び第２冷却水伝達孔３５３、第１冷却水排出孔３４４に流れた後、冷却水排出孔３１２を介して排出される。また、冷却水は第３冷却水伝達孔３６２の一部から第３冷却水収集孔３６３、第２冷却水収集孔３５４、第１冷却水収集孔３４３、第１冷却水排出孔３４４に流れた後、冷却水排出孔３１２を介して排出される。ここで、冷却水は第３プレート３３０を介して外部と熱交換を行って液状状態、又はガス状及び液状が混在する状態であり得る。冷却水排出孔３１２を介して排出された冷却水は第２連結管３８２を介して冷却水保存部３８０に回収される。

上記のように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１００は、冷却水流れ経路を含む複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０を含むことによって、冷却水を利用する熱交換の効率を上げることができる。したがって、本発明の一実施例によるバッテリーパック１００は複数のバッテリーセル２００の熱を效率的に放出することによって、熱によるバッテリーセル２００の劣化を防止できる。

また、本発明の一実施例によるバッテリーパック１００は、複数の冷却プレート３１０、３２０、３３０にウィック３４８を形成することによって、冷却水の自然的な流れを可能にする。したがって、本発明の一実施例によるバッテリーパック１００は冷却水の流れのための別途の駆動装置を必要することなく製造費用を低減させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ バッテリーパック
２００ 複数のバッテリーセル
３００ 冷却装置
３１０ 第１プレート
３２０ 第２プレート
３３０ 第３プレート
３４０ 第１層
３５０ 第２層
３６０ 第３層
３７０ 連結管
３８０ 冷却水保存部

Claims (18)

1. 複数のバッテリーセルと、
   前記複数のバッテリーセルに結合された冷却部を含み、
   前記冷却部は、
   前記複数のバッテリーセルに近い順に配置された第１プレート、第２プレート及び第３プレートを含み、前記第１プレートに冷却水引入孔と冷却水排出孔が形成され前記第２プレートに冷却水流れ経路が形成された複数の冷却プレートと、
   前記第１プレートに冷却水を供給し、前記第１プレートから冷却水を回収する冷却水保存部を含み、
   前記第１プレートは、熱伝導性材質で形成され、
   前記第２プレートは、断熱性材質で形成されることを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記冷却水流れ経路は、前記第２プレートに形成された複数のホールによって形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記複数のバッテリーセルと前記第１プレートの間にサーマルパッドが介在されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記第３プレートは熱伝導性材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記第１プレートと前記第３プレートは金属材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記冷却部は、前記第１プレートの一側に前記冷却水引入孔と連結される第１連結孔と、前記冷却水排出孔と連結される第２連結孔とを有する連結部をさらに含み、
   前記冷却水保存部は、前記第１連結孔と連結される第１連結管と、前記第２連結孔と連結される第２連結管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
7. 前記第２プレートの冷却水流れ経路にウィックが形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記ウィックは第１金属ラインと第２金属ラインがメッシュ状に形成されて成ることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
9. 前記第２プレートはプラスチック材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
10. 前記第２プレートは、
    前記第１プレートと接触する第１層と、
    前記第１層と接触する第２層と、
    前記第２層と前記第３プレートの間に介在される第３層を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
11. 前記第１層は、
    前記第１プレートから前記冷却水が引入される第１冷却水引入孔と、
    前記第１層で前記冷却水が拡散するように形成される第１冷却水伝達孔と、
    前記第１層で前記冷却水が集められるように形成される第１冷却水収集孔と、
    前記冷却水を前記第１プレートに排出させる第１冷却水排出孔を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 前記第２層は、
    前記第１冷却水引入孔と連結される第２冷却水引入孔と、
    前記第１冷却水伝達孔の一側と連結される第２冷却水排出孔と、
    前記第１冷却水伝達孔の他側と連結される第２冷却水伝達孔と、
    前記第１冷却水収集孔と連結される第２冷却水収集孔を含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記第３層は、
    前記第２冷却水引入孔と連結される第３冷却水引入孔と、
    前記第２冷却水伝達孔と連結される第３冷却水伝達孔と、
    前記第２冷却水収集孔と連結される第３冷却水収集孔を含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーパック。
14. 前記第３層は脈動流防止用孔又は重量減少用孔を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
15. 前記第２プレート及び前記第３プレートのうち少なくともいずれか一つは脈動流防止用孔又は重量減少用孔を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
16. 前記複数の冷却プレートは前記複数のバッテリーセルの下面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
17. 前記第３プレートを露出させながら前記複数のバッテリーセルと前記冷却部をカバーするハウジングケースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
18. 前記第３プレートにヒートシンクがさらに設置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

Images