KR100850849B1 - 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조를 개시한다. 본 발명의 전지 케이스는 일정깊이의 수용공간이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구, 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구가 구비되며, 그 수용공간에 전지팩을 수납할 수 있도록 상방이 개구되며, 상기 공기유입구의 해당측벽은 전지팩의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기유입구는 해당측벽의 상부부분과 전지팩의 대응부분 사이에 형성되는 외부와의 연통부분인 것을 특징으로 한다. 그에 따라, 본 발명은 적어도 하나의 전지로 구성되는 전지팩을 편리하게 수용할 수 있게 함과 아울러, 주변의 공기를 그 전지팩의 전지 사이의 틈새로 통과시켜 전지팩으로부터 발생되는 열을 외부로 신속히 배출시킬 수 있게 한다.
열, 제어, 전지, 케이스, 전지팩

Description

열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조{BATTERY CASE FOR THERMAL CONTROL AND BATTERY PACK STRUCTURE USING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 전지모듈을 보여주는 개략 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조를 보여주는 개략 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전지팩 구조에 적용되는 전지팩의 개략 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 전지팩 구조에 적용되는 전지팩의 개략 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 전지팩 구조에 적용되는 전지팩의 공기유동통로를 통해 주변의 공기가 흘러나가는 상태를 보여주는 개략 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 전지팩 구조의 내부를 보여주는 개략 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 전지 케이스 10a: 수용공간
10b: 공기유입구 10b': 연통부분
10c: 공기배출구 10c': 관통구
10d: 측벽 11: 전지팩
12: 전지 12a: 전극탭
12b: 내측 전도편 12c: 외측 전도편
13: 상부플레이트 14: 하부플레이트
15: 크로스부재 15a: 공기유동통로
16: 고정부 16a: 오목부
16b: 돌출부 17: 송풍팬
18: 커버부재 18a: 개구부
본 발명은 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조에 관한 것으로, 특히 적어도 하나의 전지로 구성된 전지팩을 편리하게 수용할 수 있게 함과 아울러, 그 전지팩으로부터 발생되는 열을 주변의 공기를 통해 외부로 신속히 배출시킬 수 있도록 하는 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 전지모듈(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상부와 하부가 개구된 일정크기의 수용공간을 갖는 셸(shell)(2)과; 축선이 나란하게 배치되는 다수 개의 원통형 전지(3) 및 이들 전지 전체의 상부와 하부에 각각 배치되어 지지봉(4)을 매개로 하여 전지(3) 전체를 일체로 고정하는 전지유지보드(5)로 구성된 전지어셈블리(6)와; 이 전지어셈블리가 상기 셸(2)의 수용공간 안에 끼워지면 그 셸의 하부측 모서리를 매개로 하여 상기 전지어셈블리(6)의 하측 전지유지보드(5)를 고정하는 하부캡(7), 그리고 상기 셸(2)의 상부측 모서리를 매개로 하여 상기 전지어셈블리 (6)의 상측 전지유지보드(5)를 고정하는 상부캡(8)으로 이루어져 있다.
여기에서, 상기 각 하부캡(7)과 상부캡(8)에는 전지어셈블리(6)의 각 전지(3)로부터 발생되는 열을 외부로 배출시킬 수 있도록 공기흐름포트(9)가 마련되어 있고, 상기 상부캡(8)의 일측에는 외부기기로 전류를 공급할 수 있도록 단자(8a)가 마련되어 있다.
그러나 종래에는, 전지모듈의 전지어셈블리를 구성하는 전지가 원통형태인 데다 수직하게 배치된 구조이었기 때문에 소정 기기의 전력 요구량에 맞추어 전지모듈을 콤팩트하게 구성하기가 매우 곤란하였다.
또한, 전지어셈블리의 각 전지의 전극이 전지유지보드 상에서 커넥터로 연결되도록 되어 있었기 때문에 구조가 복잡한 데다 각 전지를 전지유지보드를 매개로 하여 커넥터로 연결하는 작업이 번거로울 수밖에 없었다.
나아가, 하이브리드 자동차(HEV)나 전기 자동차(EV)와 같이 고출력을 필요로 하는 기기의 동력원으로 적용하기 위해 다수 개의 전지모듈을 적층하는 경우 전지모듈을 구성하는 전지어셈블리의 전지가 상호 밀착되어 있는 데다 셸에 의해 둘러싸여 있기 때문에 전지모듈을 오랜 동안 가동하게 될 때 전지가 과열될 우려가 매우 높았다.
이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 적어도 하나의 전지로 구성되는 전지팩을 편리하게 수용할 수 있게 함과 아울러, 주변의 공기를 그 전지팩의 전지 사이의 틈새로 통과시켜 전지팩으로부터 발생되는 열을 외부로 신속히 배출시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 해당 기기의 전력 요구량에 맞추어 여러 개의 전지팩을 일정높이로 적층해 소정층의 전지팩의 전극탭과 인접한 상부층 또는 하부층의 전지팩의 해당 전극탭을 편리하게 전기적으로 연결할 수 있도록 하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전지 케이스는 일정깊이의 수용공간이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구, 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구가 구비되며, 그 수용공간에 전지팩을 수납할 수 있도록 상방이 개구되며, 상기 공기유입구의 해당측벽은 전지팩의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기유입구는 해당측벽의 상부부분과 전지팩의 대응부분 사이에 형성되는 외부와의 연통부분인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로, 본 발명에 따른 전지 케이스는 일정깊이의 수용공간이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구, 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구가 구비되며, 그 수용공간에 전지팩을 수납할 수 있도록 상방이 개구되며, 상기 공기배출구의 해당측벽은 전지팩의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기배출구는 해당측벽에 형성된 관통구인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩 구조는 적어도 하나의 전지를 갖는 전지팩과; 그 전지팩을 수용하여 작동시 전지팩으로부터 발생되는 열을 주변의 공기를 통해 외부로 배출 가능하게 하는 전지 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 열 제어를 위한 전지 케이스 및 그를 이용한 전지팩 구조를 보여주는 개략 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전지팩 구조의 내부를 보여주는 개략 단면도이다.
본 발명의 전지 케이스(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정깊이의 수용공간(10a)이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구(10b), 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구(10c)가 구비되며, 그 수용공간(10a)에 전지팩(11)을 수납 할 수 있도록 상방이 개구된 구조로 이루어져 있다. 상기 전지 케이스(10)의 제조는 금속, 플라스틱, 그밖의 어느 것으로도 가능하다.
여기에서, 상기 공기유입구(10b)의 해당측벽(10d)은 전지팩(11)의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기유입구(10b)는 해당측벽(10d)의 상부부분과 전지팩(11)의 대응부분 사이에 형성되는 외부와의 연통부분(10b')일 수 있다(도 2와 도 6 참조). 그 밖에, 상기 공기유입구(10b)는 해당측벽(10d)에 관통구의 형태로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 공기배출구(10c)의 해당측벽(10d)은 전지팩(11)의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기배출구(10c)는 해당측벽(10d)에 형성된 관통구(10c')일 수 있다.
한편, 다른 실시예로 본 발명의 전지팩 구조는 적어도 하나의 전지를 갖는 전지팩(11)과; 그 전지팩을 수용하여 작동시 전지팩(11)으로부터 발생되는 열을 주변의 공기를 통해 외부로 배출 가능하게 하는 전지 케이스(10)를 포함한다(도 2와 도 6 참조).
여기에서, 상기 전지팩(11)은 해당 기기와 직렬 또는 병렬 회로를 형성하도록 구비되는 적어도 하나의 전지(12)와, 이 전지 전체의 상부와 하부에 각각 배치되어 각 전지(12)를 부분적으로 감싸도록 상호 결합되는 절연성 상부플레이트(13) 및 하부플레이트(14)로 이루어져 있다(도 2와 도 3 참조).
상기 전지팩(11)의 전지(12)는 리튬이온 폴리머전지이며, 상기 전지팩(11)의 내측 각 리튬이온 폴리머전지(12)의 해당 전극탭(12a)은 내측 전도편(12b)을 매개 로 하여 직렬 연결되고 그 전지팩(11)의 최외측 리튬이온 폴리머전지(12)의 각 외측 전극탭(12a)에는 상하 인접하는 최외측 리튬이온 폴리머전지(12)의 해당 전극탭(12a)과 접속 가능하도록 외측 전도편(12c)이 구비된다. 그에 따라, 작업자는 원하는 개수만큼의 전지팩(11)을 상하로 적층시켜 상하 인접하는 최외측 전지(12)의 해당 전극탭(12a)를 상기 외측 전도편(12c)을 이용하여 상호 접속시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 각 상,하부플레이트(13,14)의 바깥측에는 다수 개의 전지팩(11)이 적층되었을 때에도 상기 각 전지팩 사이의 전지(12)가 주변의 공기에 의해 원활히 냉각될 수 있도록 그 해당 플레이트의 길이를 따라 폭방향으로 일정간격을 두고 크로스부재(15)가 구비될 수 있다.
상기 각 크로스부재(15)는 전지팩과 상하 인접한 전지팩 사이에 공기유동통로(15a)가 형성되도록 그 해당 플레이트(13,14)의 외곽 프레임 보다 높게 형성되는 것이 바람직하다(도 3 내지 도 5 참조).
나아가, 본 발명에 따른 전지팩 구조는 상기 전지팩(11)이 전지 케이스(10)의 수용공간(10a)에 수용된 후 그 전지 케이스(10) 내에서 의도하지 않게 수평방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있도록 고정부(16)를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 고정부(16)는 전지 케이스(10)의 측벽과 전지팩(11)의 적어도 하나의 플레이트(13,14)중 어느 하나에 형성되는 오목부(16a), 그리고 나머지 다른 대응부분에 형성되는 돌출부(16b)로 이루어질 수 있다(도 2 참조).
상기 전지 케이스(10)의 각 공기배출구(10c)와 공기유입구(10b)중 어느 한쪽에는 제어부(도시되지 않음)를 통해 전기적으로 제어되는 송풍팬(17)이 더 구비될 수 있다(도 6 참조). 여기에서, 상기 송풍팬(17)이 구비되지 않는 공기배출구(10c)와 공기유입구(10b)중 나머지 한쪽은 공기의 소통이 원활한 그릴형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 공기유입구(10b)가 해당측벽의 상부부분과 전지팩(11)의 대응부분 사이에 형성된 외부와의 연통부분(10b')인 경우, 상기 송풍팬(17)은 그 연통부분(10b')의 내벽과 일정간격을 두고 마주하는 상태로 고정되는 것이 바람직하다(도 6 참조).
상기 전지 케이스(10)의 상부에는 그 전지 케이스의 수용공간(10a)에 수용된 전지팩(11)을 외부로부터 보호할 수 있도록 소정의 커버부재(18)가 착탈 가능하게 더 구비되며, 이 커버부재의 일측에는 상기 전지 케이스(10)의 일측 공기유입구(10b)와 연통되도록 개구부(18a)가 형성되는 것이 바람직하다.(도 2와 도 6 참조). 여기에서, 상기 커버부재(18)의 개구부(18a)는 그릴 형태로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전지팩 구조의 작동을 설명하면 다음과 같다(도 2 내지 도 6 참조).
먼저, 일정개수의 전지(12)를 정렬시켜 전지와 인접한 전지의 해당 전극탭(또는 전극단자)(12a)을 내측 전도편(12b)을 매개로 하여 직렬 연결하고, 최외측 전지(12)의 두 외측 전극탭(12a)에 각각 외측 전도편(12c)를 고정시킨 후, 그 가조립된 전지를 상,하부플레이트(13,14)를 이용해 고정시켜 적어도 하나의 전지팩(11)을 구성한다(도 3 참조).
그런 다음, 원하는 개수만큼의 전지팩(11)을 상하로 적층시켜 상하 인접하는 최외측 전지(12)의 해당 전극탭(12a)을 상기 외측 전도편(12c)을 이용하여 상호 접속시킨 후, 그 일정개수의 전지팩(11)을 전지 케이스(10)의 수용공간(10a)에 위치시켜 그 전지팩(11)의 양측 최외곽의 돌출된 전극탭과 소정 기기(도시되지 않음)의 해당 외부단자를 접속시켜 사용하면 된다(도 2 참조).
이때, 상기 전지 케이스(10)의 상부에는 그 전지 케이스의 설치환경에 따라 커버부재(18)가 선택적으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 전지 케이스(10)는 외부의 공기가 그 전지 케이스의 내부로 원활히 유입될 수 있는 곳이면 해당 기기의 외부 또는 내부 어느 곳에 설치되더라도 무방하다(도 6 참조).
그에 따라, 상기 전지 케이스(10) 내의 전지팩(11)으로부터 발생되는 열은 상기 전지 케이스(10)의 일측 공기유입구(10b)로부터 전지팩과 상하 인접한 전지팩 사이의 공기유동통로(15a)를 통해 타측 공기배출구(10c)로 흘러 나가는 주변의 공기에 의해 외부로 원활히 배출될 수 있게 되며, 그 결과 상기 전지 케이스(10) 내의 전지팩(11)은 해당 기기에 전력을 안정되게 공급할 수 있게 된다.
한편, 상기 전지 케이스(10)의 공기배출구(10c) 주위에 송풍팬(17)이 더 구비되는 경우, 자동차 등과 같은 기기와는 달리 움직임이 없는 소정기기에 상기 전지 케이스(10)가 설치되더라도 그 전지 케이스 내의 전지팩(11)으로부터 발생되는 열은 송풍팬(17)에 의해 강제로 송풍되는 바람에 의해 외부로 원활히 배출될 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 전지로 구성되는 전지팩을 편리 하게 수용할 수 있게 함과 아울러, 주변의 공기를 그 전지팩의 전지 사이의 틈새로 통과시켜 전지팩으로부터 발생되는 열을 외부로 신속히 배출시킬 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 해당 기기의 전력 요구량에 맞추어 여러 개의 전지팩을 일정높이로 적층해 소정층의 전지팩의 전극탭과 인접한 상부층 또는 하부층의 전지팩의 해당 전극탭을 편리하게 전기적으로 연결할 수 있게 한다.

Claims (14)

  1. 일정깊이의 수용공간이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구, 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구가 구비되며, 그 수용공간에 전지팩을 수납할 수 있도록 상방이 개구되며, 상기 공기유입구의 해당측벽은 전지팩의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기유입구는 해당측벽의 상부부분과 전지팩의 대응부분 사이에 형성되는 외부와의 연통부분인 것을 특징으로 하는 열 제어를 위한 전지 케이스.
  2. 삭제
  3. 일정깊이의 수용공간이 형성되고 일측벽에 적어도 하나의 공기유입구, 그리고 타측벽에 적어도 하나의 공기배출구가 구비되며, 그 수용공간에 전지팩을 수납할 수 있도록 상방이 개구되며, 상기 공기배출구의 해당측벽은 전지팩의 대응부분으로부터 외측으로 일정각도로 경사지고, 그 공기배출구는 해당측벽에 형성된 관통구인 것인 열 제어를 위한 전지 케이스.
  4. 적어도 하나의 전지를 갖는 전지팩과; 그 전지팩을 수용하여 작동시 전지팩으로부터 발생되는 열을 주변의 공기를 통해 외부로 배출 가능하게 하는 제1항 또는 제3항에 따른 전지 케이스를 포함하는 전지팩 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전지팩은 해당 기기와 직렬 또는 병렬 회로를 형성하도록 구비되는 적어도 하나의 전지와, 이 전지 전체의 상부와 하부에 각각 배치되 어 각 전지를 부분적으로 감싸도록 상호 결합되는 상부플레이트 및 하부플레이트로 이루어진 것인 전지팩 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전지팩의 전지는 리튬이온 폴리머전지이며, 그 전지팩의 내측 각 리튬이온 폴리머전지의 해당 전극탭은 내측 전도편을 매개로 하여 직렬 연결되고 그 전지팩의 최외측 리튬이온 폴리머전지의 각 외측 전극탭에는 상하 인접하는 최외측 리튬이온 폴리머전지의 해당 전극탭과 접속 가능하도록 외측 전도편이 구비된 것인 전지팩 구조.
  7. 제5항에 있어서, 상기 각 상,하부플레이트의 바깥측에는 다수 개의 전지팩이 적층되었을 때에도 상기 각 전지팩 사이의 전지가 주변의 공기에 의해 원활히 냉각될 수 있도록 그 해당 플레이트의 길이를 따라 폭방향으로 일정간격을 두고 크로스부재가 구비된 것인 전지팩 구조.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각 크로스부재는 전지팩과 상하 인접한 전지팩 사이에 공기유동통로가 형성되도록 그 해당 플레이트의 외곽 프레임 보다 높게 형성된 것인 전지팩 구조.
  9. 제4항에 있어서, 상기 전지팩이 전지 케이스의 수용공간에 수용된 후 그 전지 케이스 내에서 의도하지 않게 수평방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있도록 고 정부를 더 포함하는 것인 전지팩 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고정부는 전지 케이스의 측벽과 전지팩의 적어도 하나의 플레이트중 어느 하나에 형성되는 오목부, 그리고 나머지 다른 대응부분에 형성되는 돌출부로 이루어진 것인 전지팩 구조.
  11. 제4항에 있어서, 상기 전지 케이스의 각 공기배출구와 공기유입구중 어느 한쪽에는 제어부를 통해 전기적으로 제어되는 송풍팬이 더 구비된 것인 전지팩 구조.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공기유입구가 해당측벽의 상부부분과 전지팩의 대응부분 사이에 형성된 외부와의 연통부분인 경우, 상기 송풍팬은 그 연통부분의 내벽과 일정간격을 두고 마주하는 상태로 고정되는 것인 전지팩 구조.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전지 케이스의 상부에는 그 전지 케이스의 수용공간에 수용된 전지팩을 외부로부터 보호할 수 있도록 커버부재가 착탈 가능하게 더 구비되며, 이 커버부재의 일측에는 상기 전지 케이스의 일측 공기유입구와 연통되도록 개구부가 형성된 것인 전지팩 구조.
  14. 제13항에 있어서, 상기 커버부재의 개구부는 그릴 형태로 이루어진 것인 전 지팩 구조.
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