JP6486552B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年９月１８日付けの韓国特許出願第２０１５−０１３２６２１号および２０１６年９月９日付けの韓国特許出願第２０１６−０１１６３５７号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、電池パックに関し、特に、冷却性に優れた電池ケースが含まれた電池パックに関する。

一般的に、二次電池（rechargeable battery）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味する。

かかる二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびカムコーダのように携帯が可能な小型電子機器に使用される低容量電池パックと、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源に使用される大容量電池パックがある。

電池パックは、複数個の電池セルからなる電池モジュールと、前記電池モジュールが内蔵される電池ケースとを含む。

しかし、従来技術による電池パックは、前記電池モジュールの温度が設定温度以上に上昇すると、性能が大いに低下するという問題があった。

本発明は、前記のような問題を解決するために発明されたものであり、本発明の目的は、冷却性に優れた電池ケースを設けることで、電池モジュールの温度上昇を防止することができ、これにより電池モジュールの性能を向上させることができる電池パックを提供することにある。

前記のような目的を達成するための本発明に係る電池パックは、電池セルと、前記電池セルを収容する電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記電池セルを収容する内側ケースと、前記内側ケースの外側に設けられる外側ケースと、前記内側ケースおよび外側ケースの間に設けられ、前記内側ケースおよび外側ケースを冷却することで生じる冷気により前記電池セルを間接冷却する冷却部材と、を含むことができる。

前記冷却部材は、前記内側ケースおよび前記外側ケースよりも小さい厚さを有することができる。

前記冷却部材の厚さは、１ｎｍ〜１ｍｍであってもよい。

前記冷却部材は、相変化物質（ＰＣＭ：phase change material）からなり得る。

前記相変化物質は、水和物形態の無機物、パラフィン系炭化水素および有機酸からなる群から選択されるいずれか一つまたは２種以上の混合物であってもよい。

前記外側ケースは、前記内側ケースの外周面を包む形態に設けられ、前記冷却部材は、前記内側ケースと前記外側ケースとの間の密閉された空間に貯蔵される冷却液からなり得る。

前記電池ケースは、前記電池セルの温度が設定温度以上に上昇すると、前記冷却部材が前記内側ケースの内部に流入されるように前記内側ケースを切開する切開部材をさらに含み、前記内側ケースの内部に流入された前記冷却部材は、前記電池セルに接触して前記電池セルを直接冷却することができる。

前記切開部材は、前記内側ケースの表面に設けられる切開部と、前記内側ケースと前記外側ケースとの間に設けられ、前記電池セルから伝わる高温の熱により膨張することで前記切開部を加圧して切開させる膨張物質と、を含むことができる。

前記切開部は、切開溝から形成され得る。

前記膨張物質は、形状記憶合金（shape‐memory alloy）であってもよい。

前記膨張物質の両端部は、前記内側ケースと前記外側ケースにそれぞれ接着され得る。

前記切開部材は、前記冷却部材が貯蔵された前記電池ケースの壁面全体に少なくとも一つ以上設けられ得る。

前記のような目的を達成するための本発明に係る電池パックは、電池セルと、前記電池セルを収容する電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記電池セルを収容する内側ケースと、前記内側ケースの外側に設けられる外側ケースと、前記内側ケースおよび外側ケースの間に設けられ、前記内側ケースおよび外側ケースを冷却することで生じる冷気により前記電池セルを間接冷却する冷却部材と、を含むことができる。

前記冷却部材は、前記内側ケースおよび前記外側ケースよりも小さい厚さを有することができる。

前記冷却部材の厚さは、１ｎｍ〜１ｍｍであってもよい。

前記冷却部材は、相変化物質（ＰＣＭ：phase change material）からなり得る。

前記相変化物質は、水和物形態の無機物、パラフィン系炭化水素および有機酸からなる群から選択されるいずれか一つまたは２種以上の混合物であってもよい。

前記外側ケースは、前記内側ケースの外周面を包む形態に設けられ、前記冷却部材は、前記内側ケースと前記外側ケースとの間の密閉された空間に貯蔵される冷却液からなり得る。

前記電池ケースは、前記電池セルの温度が設定温度以上に上昇すると、前記冷却部材が前記内側ケースの内部に流入されるように前記内側ケースを切開する切開部材をさらに含み、前記内側ケースの内部に流入された前記冷却部材は、前記電池セルに接触して前記電池セルを直接冷却することができる。

前記切開部材は、前記内側ケースの表面に設けられる切開部と、前記内側ケースと前記外側ケースとの間に設けられ、前記電池セルから伝わる高温の熱により膨張することで前記切開部を加圧して切開させる膨張物質と、を含むことができる。

前記切開部は、切開溝から形成され得る。

前記膨張物質は、形状記憶合金（shape‐memory alloy）であってもよい。

前記膨張物質の両端部は、前記内側ケースと前記外側ケースにそれぞれ接着され得る。

前記切開部材は、前記冷却部材が貯蔵された前記電池ケースの壁面全体に少なくとも一つ以上設けられ得る。

本発明の第１の実施例による電池パックを図示した図である。 図１に示された「Ａ」部分の拡大図である。 本発明の第２の実施例による電池パックを図示した図である。 図３に示された「Ｂ」部分の拡大図である。 切開部を電池ケースの内部から見た状態を図示した図であり、帯状を有する切開部を図示した部分切開図である。 切開部を電池ケースの内部から見た状態を図示した図であり、リング状を有する切開部を図示した部分切開図である。 本発明の第２の実施例による電池パックの作用状態を図示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、各種の相違する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。また、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたり類似した部分については類似の図面符号を付けた。

［本発明の第１の実施例］
本発明の第１の実施例による電池パック１００は、一つ以上の電池セル１１０と、電池セル１１０を収容する電池ケース１２０と、を含む。

電池セル１１０は、第１の電極、セパレータおよび第２の電極が順に積層される電極組立体と、前記電極組立体とともに電解液を収容するケース組立体と、を含む。また、前記第１の電極には第１の電極タブが、第２の電極には第２の電極タブがそれぞれ設けられ、前記第１の電極タブには第１の電極端子が、第２の電極タブには第２の電極端子が結合する。一方、第１の電極は正極であり、第２の電子は負極である。当然、反対であってもよい。また、前記ケース組立体は、電極組立体および電解液を収容する缶と、缶の開口部に実装されるキャップ組立体と、を含む。

電池ケース１２０は、一つ以上の電池セル１１０を収容するためのものであり、内部に電池セル１１０および電解液を収容する一方、内壁面を形成する内側ケース１２１と、内側ケース１２１の外側に設けられ、外壁面を形成する外側ケース１２２と、を含む。

ここで、電池セル１１０は、充放電時に熱が発生し、この熱は、密閉された電池ケース１２０の内部に徐々に蓄積されて電池セル１１０および電解液の温度を急激に上昇させ、これにより電池セル１１０の急激な温度上昇で電池セル１１０の性能低下が生じる問題がある。

かかる問題を解決するために、本発明に係る電池パック１００は、電池ケース１２０の内側ケース１２１と外側ケース１２２との間に冷却性に優れた冷却部材１２３を設けており、この冷却部材１２３は、内側ケース１２１と外側ケース１２２を冷却する。この際、冷却部材１２３によって内側ケース１２１を冷却することで生じる冷気により、電池ケース１２０の内部に蓄積される熱を吸収して冷却することができ、電池ケース１２０の内部温度が下がることで電池セル１１０の温度上昇を抑制し、性能を高めることができる。

すなわち、本発明の電池パック１００は、冷却性に優れた冷却部材１２３により内側および外側ケース１２１、１２２を冷却することで生じる冷気により電池セル１１０を間接冷却し、これにより電池セル１１０の温度上昇を防止して性能を高めることができる。

一方、冷却部材１２３は、内側ケース１２１と外側ケース１２２よりも小さい厚さを有する。

すなわち、冷却部材１２３の厚さが内側ケース１２１と外側ケース１２２の厚さより大きいと、電池ケース１２０の厚さの増加によって製品性が劣り、特に、冷却部材として液体を使用する場合、前記空間によって内側ケース１２１または外側ケース１２２の変形が生じ得る。そのため、冷却部材１２３を内側ケース１２１と外側ケース１２２よりも小さい厚さで形成することで製品性を高めることができ、内側ケース１２１または外側ケース１２２の変形を最小化することができる。

一方、冷却部材１２３の厚さは１ｎｍ〜１ｍｍであってもよい。すなわち、冷却部材１２３の厚さが１ｎｍ以下であると、薄すぎる厚さによって冷却効率が大いに低下し、１ｍｍ以上であると、冷却部材１２３方向に内側ケース１２１および外側ケース１２２が曲げられる角度が大きくなり、変形が生じ得る。

一方、冷却部材１２３は相変化物質（ＰＣＭ：phase change material）からなる。相変化物質は、相変化過程を経て多量の熱エネルギーを蓄積したり熱エネルギーを放出し、すなわち、相変化物質は、固体から液体へ、液体から固体へ、液体から気体へ、気体から液体へなど、一つの状態から他の状態へ変化する物理的変化過程を用いて熱を吸収するか、または吸収した熱を放出する。

ここで、相変化物質は、電池セル１１０から発散する多量の熱を吸収できるように、水和物形態の無機物、パラフィン系炭化水素および有機酸からなる群から選択されるいずれか一つまたはこれらの２種以上を混合して使用する。

したがって、本発明の第１の実施例による電池パック１００は、電池ケース１２０に相変化物質である冷却部材１２３を設けることで、電池セル１１０から発散する多量の熱を吸収することができ、これにより、電池セル１１０の温度上昇を防止して電池セル１１０の性能を高めることができる。

以下、本発明に係る他の実施例を説明するに際し、上述の第１の実施例と同じ機能を有する構成については同じ構成符号を使用し、重複する説明は省略する。

［本発明の第２の実施例］
本発明の第２の実施例による電池パック１００は、図３に図示されているように、一つ以上の電池セル１１０と、電池セル１１０を収容する電池ケース１２０と、を含み、電池ケース１２０は、電池セル１１０を収容する内側ケース１２１と、内側ケース１２１の外側に設けられる外側ケース１２２と、内側および外側ケース１２１、１２２の間に設けられ、内側および外側ケース１２１、１２２を冷却することで生じる冷気により電池セル１１０を間接冷却する冷却部材１２３と、を含む。

ここで、外側ケース１２２は、内側ケース１２１の外周面を包む形態に設けられ、これにより内側ケース１２１と外側ケース１２２との間に密閉された空間が形成され、前記密閉された空間に冷却部材１２３が貯蔵されることで冷却部材１２３の外部露出または流出を防止することができる。

また、冷却部材１２３は、内側ケース１２１と外側ケース１２２との間の密閉された空間に貯蔵される冷却液からなり、これにより冷却液である冷却部材１２３は、内側ケース１２１と外側ケース１２２との接触力を高めることができ、内側ケース１２１の外側ケース１２２を効果的に冷却することができる。

一方、電池パック１００は、定格容量を大いに超えた充電（過充電）が生じる場合、冷却部材１２３の間接冷却だけでは電池セル１１０の温度を下げるには限界があり、そのため、電池セル１１０の温度が徐々に急上昇して爆発または発火が生じ得る。

かかる問題を解決するために、本発明の第２の実施例による電池パック１００は、電池セル１１０の温度が設定温度以上に上昇すると、冷却液である冷却部材１２３を内側ケース１２１の内部に流入させて内側ケース１２１に収容された電池セル１１０を直接冷却する。これにより、電池セル１１０の温度上昇を防止することができ、爆発または発火を防止することができる。

すなわち、本発明の第２の実施例による電池パック１００の電池ケース１２０は、電池セル１１０の温度が設定温度以上に上昇すると、冷却部材１２３が内側ケース１２１の内部に流入されるように内側ケース１２１を切開する切開部材１２４をさらに含み、内側ケース１２１の内部に流入された冷却液である冷却部材１２３は、電池セル１１０に接触して電池セル１１０を直接冷却し、電池セル１１０の温度を下げることができる。

ここで、切開部材１２４は、内側ケース１２１の表面に設けられる切開部１２４ａと、切開部１２４ａが位置した内側ケース１２１と外側ケース１２２との間に設けられ、電池セル１１０から伝わる高温の熱によって膨張して切開部１２４ａを内側ケース１２１の内部方向に加圧して切開させる膨張物質１２４ｂと、を含む。

一方、切開部１２４ａは、内側ケース１２１の表面に切開溝として形成される。すなわち、切開部１２４ａは、図５に図示されているように、両先端が互いに反対方向に向かう帯状を有し、膨張物質１２４ｂは、切開部１２４ａを直接加圧して切開部１２４ａを切開させる。また、切開部１２４ａは、図６に図示されているように、両先端が互いに連結されるリング状を有し、膨張物質１２４ｂは、リング状の切開部１２４ａの中央を加圧して切開部１２４ａを切開させる。この際、内側ケース１２１には円形の切開孔が形成されることで、冷却部材１２３をより効果的に流入させることができる。

また、膨張物質１２４ｂは、内側端が切開部１２４ａが設けられた内側ケース１２１により支持され、外側端が切開部１２４ａと対応する位置で外側ケース１２２により支持される。特に、膨張物質１２４ｂの内側端と外側端は、それぞれ内側ケース１２１と外側ケース１２２に接着し、これにより、膨張物質１２４ｂを内側ケース１２１と外側ケース１２２との間に安定して固定することができる。

一方、前記設定温度は、８０〜１００℃であってもよい。

一方、膨張物質１２４ｂは、形状記憶合金（shape‐memory alloy）からなる。すなわち、形状記憶合金は、高熱によって変形が生じても最初の形態を記憶しておき、温度が下がると最初の状態に復元する金属を意味する。かかる形状記憶合金は、ニッケル−チタン合金、銅−亜鉛合金、金−カドミウム合金およびインジウム−タリウム合金などがある。

これにより、形状記憶合金である膨張物質１２４ｂは、電池セル１１０の温度変化によって形状が変形されることで前記切開部１２４ａを加圧して切開させることができる。一方、形状記憶合金である膨張物質１２４ｂは、電池セル１１０の温度が設定された温度以上に上昇しなければ、また最初の形態に戻る。

このように膨張物質１２４ｂが形状記憶合金からなることで、電池セル１１０の温度変化に対して迅速な対応が可能であり、これにより電池パック１００の安全性を高めることができる。

一方、切開部材１２４は、冷却部材１２３が貯蔵された電池ケース１２０の壁面全体に少なくとも一つ以上設けられる。すなわち、冷却部材１２３が貯蔵された電池ケース１２０の前後左右上下に設けられた内側および外側ケース１２１、１２２の間に切開部材１２４を設け、これにより内側ケース１２１の前後左右上下方向に冷却部材１２３を流入することができ、電池セル１１０の冷却性を高めることができる。

以下、かかる構成を有する本発明の第２の実施例による電池パック１００の使用状態について説明する。

図７に図示されているように、電池パック１００の充放電時に電池ケース１２０の内部に収容された電池セル１１０の温度が上昇する。この際、電池ケース１２０の冷却部材１２３により電池セル１１０を間接冷却して電池セル１１０の温度上昇を抑制し、これにより電池セル１１０の性能低下を防止する。

一方、電池パック１００の充放電時に過充電が発生すると、電池ケース１２０の内部に収容された電池セル１１０の温度が設定温度以上に上昇する。この際、電池セル１１０から伝わる熱源により切開部材１２４の膨張物質１２４ｂが膨張することで内側ケース１２１に設けられた切開部１２４ａを加圧して切開させ、内側ケース１２１の切開部分に冷却部材１２３が流入されて電池セル１１０を直接冷却し、電池セル１１０の温度上昇を抑制する。

したがって、本発明の第２の実施例による電池パック１００は、電池セル１１０の温度が設定温度以上に上昇すると、電池ケース１２０に貯蔵された冷却部材１２３により電池セル１１０を直接冷却することで、電池セル１１０を効果的に冷却することができ、これにより、電池パック１００の爆発または発火を防止することができる。

本発明の範囲は、前記詳細な説明でなく、後述する特許請求の範囲により定められ、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

１００ 電池パック
１１０ 電池セル
１２０ 電池ケース
１２１ 内側ケース
１２２ 外側ケース
１２３ 冷却部材

Claims (8)

1. 電池セルと、
   前記電池セルを収容する電池ケースと、を含み、
   前記電池ケースは、前記電池セルを収容する内側ケースと、前記内側ケースの外側に設けられる外側ケースと、前記内側ケースおよび外側ケースの間に設けられ、前記内側ケースおよび外側ケースを冷却することで生じる冷気により前記電池セルを間接冷却する冷却部材と、を含み、
   前記外側ケースは、前記内側ケースの外周面を包む形態に設けられ、
   前記冷却部材は、前記内側ケースと前記外側ケースとの間の密閉された空間に貯蔵される冷却液からなり、
   前記電池ケースは、前記電池セルの温度が設定温度以上に上昇すると、前記冷却部材が前記内側ケースの内部に流入されるように前記内側ケースを切開する切開部材をさらに含み、
   前記内側ケースの内部に流入された前記冷却部材は、前記電池セルに接触して前記電池セルを直接冷却し、
   前記切開部材は、前記内側ケースの表面に設けられる切開部と、前記内側ケースと前記外側ケースとの間に設けられ、前記電池セルから伝わる高温の熱により膨張することで前記切開部を加圧して切開させる膨張物質と、を含み、
   前記切開部は、切開溝から形成され、両先端が互いに連結されるリング状を有し、前記膨張物質は、リング状の前記切開部の中央を加圧して前記切開部を切開させることを特徴とする、電池パック。
2. 前記冷却部材は、前記内側ケースおよび前記外側ケースよりも小さい厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記冷却部材の厚さは、１ｎｍ〜１ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記冷却部材は、相変化物質（ＰＣＭ：phase change material）からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
5. 前記相変化物質は、水和物形態の無機物、パラフィン系炭化水素および有機酸からなる群から選択されるいずれか一つまたは２種以上の混合物であることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記膨張物質は、形状記憶合金（shape‐memory alloy）であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
7. 前記膨張物質の両端部は、前記内側ケースと前記外側ケースにそれぞれ接着されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
8. 前記切開部材は、前記冷却部材が貯蔵された前記電池ケースの壁面全体に少なくとも一つ以上設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

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