KR101093959B1 - 전지 모듈의 방열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 모듈을 이루는 복수개의 이차 전지들 간의 온도 편차를 최소화시킬 수 있는 전지 모듈의 방열 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 전지 모듈의 방열 장치는 전지 모듈을 수용하는 수용부와 외부 공기를 통과시키는 공기 유로를 포함하는 하우징과, 하우징에 고정되며 일면이 공기 유로에 노출되는 제1 열전달 부재와, 그리고 전지 모듈과 제1 열전달 부재 사이에 위치되며 전지 모듈 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉되는 제2 열전달 부재를 포함한다.

Description

전지 모듈의 방열 장치{BATTERY MODULE COOLING APPARATUS}
본 발명은 전지 모듈의 방열 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전지 모듈은 복수개의 리튬 이온 이차 전지를 직렬로 연결하여 이루어진다. 여기서, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 전자기기 분야에서 널리 사용된다.
특히, 리튬 이온 이차 전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량 당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다. 따라서, 최근 들어 고 에너지 밀도의 비수 전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 자동차에 사용될 수 있도록 고출력 이차 전지를 복수개의 직렬로 연결하여 전지 모듈을 구성하고 있다.
한편, 이러한 전지 모듈은 열이 많이 발생됨에 따라 열화를 막기 위해 효과적인 온도 관리가 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 전지 모듈을 이루는 복수개의 이차 전지들 간의 온도 편차를 최소화시킬 수 있는 전지 모듈의 방열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 온도 편차를 최소화시킨 상태에서 전지 모듈을 방열시킬 수 있는 전지 모듈의 방열 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는 전지 모듈을 수용하는 수용부와 외부 공기를 통과시키는 공기 유로를 포함하는 하우징; 상기 하우징에 고정되며 일면이 상기 공기 유로에 노출되는 제1 열전달 부재; 및 상기 전지 모듈과 상기 제1 열전달 부재 사이에 위치하는 제2 열전달 부재를 포함한다.
여기서, 상기 열전달 부재는 상기 전지 모듈의 중심부에 접촉될 수 있다.
또한, 일 예로서, 상기 제2 열전달 부재는 상기 제1 열전달 부재보다 높은 열팽창율을 가질 수 있다.
특히, 상기 제1 열전달 부재는 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 그리고 상기 제2 열전달 부재는 아연, 마그네슘 또는 SUS 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 제2 열전달 부재는 서로 다른 열팽창율을 갖는 적어도 2개의 물질들이 결합되어 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 적어도 2개의 물질은 상기 전지 모듈의 중심부에 구비되며 제1 열팽창율을 갖는 제1 물질; 및 상기 전지 모듈의 중심부를 기준으로 상기 전지 모듈의 좌측 및 우측 주변부에 구비되는 제1 열팽창율 보다 작은 제2 열팽창율을 갖는 제2 물질을 포함할 수 있다.
특히, 상기 제1 열전달 부재는 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 열전달 부재의 상기 제1 물질은 아연 또는 마그네슘 중 어느 하나일 수 있으며, 그리고 상기 열전달 부재의 상기 제2 물질은 SUS일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제2 열전달 부재는 상기 전지 모듈의 중심부에 위치되는 제1 부분; 및 상기 전지 모듈의 중심부를 기준으로 상기 전지 모듈의 좌측 및 우측 주변부에 위치되는 제2 부분을 포함할 수 있고, 그리고 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 두께가 클 수 있다.
여기서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이와 더불어, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 일체로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 열전달 부재는 히트 싱크일 수 있다. 여기서, 상기 히트 싱크는 상기 하우징에 고정되며 제2 열전달 부재에 접하는 방열판; 및 상기 방열판에 돌출되되 상기 공기 유로를 향해 돌출되는 복수개의 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는 상기 공기 유로를 향해 송풍하는 송풍팬; 상기 전지 모듈의 중심부의 온도를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지된 온도에 따라 상기 송풍팬을 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 감지부는 온도 센서일 수 있고, 상기 전지 모듈은 복수개의 이차 전지를 포함할 수 있고, 상기 복수개의 이차 전지는 상기 전지 모듈의 중심부에 위치되는 제1 이차 전지를 포함할 수 있고, 그리고 상기 온도 센서는 상기 제1 이차 전지에 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 상기 감지부에서 감지된 신호를 연산하는 연산부와; 상기 연산부로부터 연산된 값과 기 저장된 기준값을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 신호에 따라 상기 송풍팬에 해당 속도 값을 인가하는 출력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력부는 상기 연산값과 상기 기준값의 차이가 크면 클수록 상기 송풍팬을 가속시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 상기 전지 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 전지 모듈을 관리하는 전지 관리 시스템일 수 있다.
일 예로서, 상기 제2 열전달 부재가 상기 제1 열전달 부재보다 높은 열팽창율을 가질 경우, 상기 기준값은 상기 제2 열전달 부재의 주변부가 상기 전지 모듈의 상기 주변부에서 완전히 분리된 시점에 측정될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2 열전달 부재는 서로 다른 열팽창율을 갖는 적어도 2개의 물질들이 결합되어 이루어질 수 있고, 그리고 상기 적어도 2개의 물질은 상기 전지 모듈의 중심부에 구비되며 제1 열팽창율을 갖는 제1 물질; 및 상기 전지 모듈의 중심부를 기준으로 상기 전지 모듈의 좌측 및 우측 주변부에 구비되는 제1 열팽창율 보다 작은 제2 열팽창율을 갖는 제2 물질을 포함할 경우, 상기 기준값은 상기 제2 물질이 상기 전지 모듈의 상기 주변부에서 완전히 분리된 시점에 측정되는 온도의 값일 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치 및 그 제어 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전지 모듈 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉되는 제2 열전달 부재를 포함함에 따라, 전지 모듈을 이루는 복수개의 이차 전지들 간의 온도 편차를 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 송풍팬, 온도 센서 및 제어 유닛을 포함함에 따라, 온도 편차가 최소화된 상태에서 보다 효과적으로 전지 모듈의 열을 발산시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 개략적 종단면도이다.
도 2는 도 1의 상태에서 제2 열전달 부재의 중심부가 주변부에 비해 상대적으로 더 열팽창되어 제2 열전달 부재의 중심부만이 전지 모듈의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬과 온도 센서와 제어 유닛이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에서 송풍팬과 온도 센서와 제어 유닛을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 개략적 종단면도이다.
도 7은 도 6의 상태에서 제1 물질이 제2 물질에 비해 상대적으로 더 열팽창되어 제1 물질만이 전지 모듈의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬과 온도 센서와 제어 유닛이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 것으로서 제2 열전달 부재의 제1 부분만이 전지 모듈의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬과 온도 센서와 제어 유닛이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 개략적 종단면도이고, 그리고 도 2는 도 1의 상태에서 제2 열전달 부재의 중심부가 주변부에 비해 상대적으로 더 열팽창되어 제2 열전달 부재의 중심부만이 전지 모듈의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(100)과, 제1 열전달 부재(200)와, 그리고 제2 열전달 부재(400)를 포함한다.
하우징(100)은 전지 모듈(10)을 수용하는 수용부(110)와, 그리고 외부 공기를 통과시키는 공기 유로(120)를 포함한다. 이러한 하우징(100)은 전지 모듈(10)을 지지하는 역할과 함께 전지 모듈(10)를 향해 외부 공기를 안내하는 역할을 한다.
전지 모듈(10)은 복수개의 리튬 이온 이차 전지(이하 "이차 전지"라 함)를 포함한다. 이러한 복수개의 이차 전지는 서로 직렬로 연결되어 이루어질 수 있다. 나아가, 전지 모듈(10)은 복수개의 이차 전지를 지지하는 알루미늄 재질의 케이스(20)와, 그리고 복수개의 이차 전지의 각 사이에 구비되어 이차 전지의 열을 흡수하여 케이스(20)로 전달하는 베리어(30)(barrier)를 더 포함할 수 있다.
제1 열전달 부재(200)는 하우징(100)에 고정되고, 그 일면이 공기 유로(120)에 노출되어 공기 유로(120)로 열을 발산한다. 구체적으로, 제1 열전달 부재(200)는 히트 싱크(Heat Sink)(이하, 제1 열전달 부재와 함께 도면부호 "200"으로 가리킴)일 수 있다. 여기서, 히트 싱크(200)는 후술하는 제2 열전달 부재(400)에 구비되는 방열판(210)과, 그리고 방열판(210)에 돌출되되 공기 유로(120)를 향해 돌출되는 복수개의 방열핀(220)을 포함할 수 있다. 따라서, 방열판(210)의 열은 효과적으로 방열핀(220)을 통해 방출될 수 있다.
제2 열전달 부재(400)는 전지 모듈(10)과 제1 열전달 부재(200) 사이에 위치되어 전지 모듈(10) 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉된다. 특히, 제1 열전달 부재(200)는 일반적으로 알루미늄으로 이루어지는데, 제2 열전달 부재(400)가 제1 열전달 부재(200)와 같거나 제1 열전달 부재(200) 보다 낮은 열팽창율을 갖게 되면, 전지 모듈(10)에 온도 변화가 일어날지라도 제2 열전달 부재(400)의 열팽창 정도는 크게 변하지 않는 것으로 실험을 통해 알 수 있었다. 즉, 제2 열전달 부재(400)가 제1 열전달 부재(200)와 같거나 제1 열전달 부재(200) 보다 낮은 열팽창율을 갖게 되면 전지 모듈(10)에 온도 변화가 일어나도 제2 열전달 부재(400)의 대부분이 그대로 전지 모듈(10)에 접촉된 상태에 있었다. 이에 반해, 제2 열전달 부재(400)가 제1 열전달 부재(200)보다 높은 열팽창율을 가질 경우에는, 제2 열전달 부재(400)가 전지 모듈(10) 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉되는 것으로 나타났다. 따라서, 제2 열전달 부재(400)가 전지 모듈(10) 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉되기 위해서는 제2 열전달 부재(400)는 제1 열전달 부재(200)보다 높은 열팽창율을 갖는 것이 바람직할 것이다.
나아가, 전지 모듈(10)은 복수개의 이차 전지가 수평으로 나란히 위치되어 있으므로 상대적으로 그 중심부에 위치한 제1, 제2 및 제3 이차 전지(11)(12)(13)의 온도 즉, 전지 모듈(10)의 중심부의 온도는 전지 모듈(10)의 주변부의 온도에 비해 높다. 이러한 온도 편차는 궁극적으로 전지 모듈(10)의 중심부의 열화를 가속시켜 전지 모듈(10)의 전체 수명을 단축시키거나 전지 모듈(10)의 전체 성능을 저하시킬 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 제2 열전달 부재(400)가 제1 열전달 부재(200)보다 높은 열팽창율을 갖게 되면, 전지 모듈(10)의 온도가 상승할 경우 도 2에 도시된 바와 같이 전지 모듈(10)의 케이스(20)의 중심부만이 제2 열전달 부재(400)의 중심부(410)를 통해 방열판(210)에 접하게 되므로, 즉 케이스(20)의 중심부가 제2 열전달 부재(400)의 중심부(410)에 접하고 이와 함께 제2 열전달 부재(400)의 중심부(410)가 방열판(210)에 접하게 되므로, 전지 모듈(10)의 중심부의 열이 우선적으로 제2 열전달 부재(400)의 중심부(410)을 통해 방열판(210)에 전달된다. 즉, 전지 모듈(10)을 이루는 복수개의 이차 전지의 각 온도는 서로 균일하게 되어 온도 편차가 최소화될 수 있다. 궁극적으로, 온도 편차에 따른 문제가 해결되므로 전지 모듈(10)의 수명 및 성능을 향상시킬 수 있다.
일 예로서, 상술한 제1 열전달 부재(200)가 알루미늄으로 이루어지고, 그리고 전지 모듈(10)의 온도 변화가 일어날 경우, 전지 모듈(10)의 중심부에 대응하는 제2 열전달 부재(400)의 중심부만이 전지 모듈(10)에 접하기 위해서는 제2 열전달 부재(400)는 알루미늄 보다 열팽창율이 큰 아연, 마그네슘 또는 SUS(일본공업협회에서 제정한 재질의 명칭임, 한국표준협회가 제정한 재질의 명칭은 STS임)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 송풍팬(700)과, 감지부(500) 및 제어 유닛(600)을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬(700)과 온도 센서(이하, 감지부와 함께 도면 부호 "500"으로 가리킴)와 제어 유닛(600)이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이고, 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에서 송풍팬(700)과 온도 센서(500)와 제어 유닛(600)을 나타낸 블록도이다.
송풍팬(700)은 하우징(100)의 공기 유로(120) 측에 구비되며, 방열핀(220)의 열이 외부 공기와 빠르게 교환될 수 있도록 공기 유로(120)를 향해 송풍한다.
감지부(500)는 전지 모듈(10)의 중심부의 온도를 감지하는 것이다. 일예로, 감지부(500)는 온도 센서(500)일 수 있다. 특히, 온도 센서(500)는 전지 모듈(10)의 최대 온도 값을 측정하기 위해 복수개의 이차 전지들 중 제1 이차 전지(11)에 구비될 수 있다.
제어 유닛(600)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 온도 센서(500)에 의해 감지된 온도에 따라 송풍팬(300)을 제어하는 것이다. 구체적으로, 제어 유닛(600)은 온도 센서(500)에서 감지된 신호를 연산하는 연산부(610)와, 연산부(610)로부터 연산된 실제온도와 기 저장된 기준값을 비교하는 비교부(620)와, 그리고 비교부(620)의 신호에 따라 송풍팬(700)에 해당 속도 값을 인가하는 출력부(630)를 포함할 수 있다.
특히, 출력부(630)는 자체 로직을 통해 실제온도와 기준값의 차이가 크면 클수록 송풍팬(700)을 가속시킬 수 있다. 즉, 다시 말해, 실제온도와 가준값의 차이에 해당하는 차이값과 출력부에 저장된 여러 참조값을 서로 비교하여, 차이 값이 여러 참조값 중 어느 하나의 참조값 범위에 있으면 그 참조값에 맞는 설정 속도[참조값에 따라 실험을 통해 설정되는 속도로서, 참조값이 크면 클수록 커짐]가 되도록 가속시킬 수 있다. 이렇게 송풍팬(700)을 가속시키게 되면 전지 모듈(10)의 열이 보다 효과적인 방출될 수 있을 것이다.
또한, 이러한 제어 유닛(600)은 별도로 마련된 것일 수도 있고, 전지 관리 시스템(BMS; Battery Management System)이 장착된 배터리 팩인 경우에는 전지 관리 시스템에 포함된 마이크로 프로세스들을 사용한 것일 수 있다. 특히, 제어 유닛(600)을 별도로 마련하지 않고 전지 관리 시스템의 마이크로 프로세스로 대체하게 되면 비용측면에 유리할 수 있다. 일반적으로, 전지 관리 시스템(미도시)은 전지 모듈(10)과 전기적으로 연결되며 충전 및 방전시 전지의 전류, 전압 및 온도를 측정해 전지의 잔존 용량과 수명을 사용자에게 알려주거나 화재나 폭발의 위험성을 감지 및 보호해주는 관리 시스템으로서, 전지 관리에 필요한 마이크로 프로세서(미도시)와 마이크로 프로세서가 실장되는 회로기판(미도시)을 포함한다.
여기서, 기준값은 제2 열전달 부재(400)의 주변부(420)가 전지 모듈(10)의 주변부에서 완전히 분리되는 시점에 측정되는 온도의 값일 수 있다. 참고로, 상술한 제1 열전달 부재(200)가 알루미늄으로 이루어지고, 제2 열전달 부재(400)가 아연 또는 마그네슘 중 어느 하나일 경우, 기준값은 대략 32℃일 수 있다.
한편, 상술한 제어 유닛(600)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
이하, 도 3 내지 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
먼저, 온도 센서(500)에서 측정하여 보내준 신호를 연산부(610)에서 수신하고 실제온도를 연산한다(S110).
연산부(610)에 의해 연산된 실제온도와 비교부(620)에 기 저장된 기준값을 비교부(620)를 통해 비교한다(S120). 여기서, 기준값은 제2 열전달 부재(400)의 주변부(420)가 전지 모듈(10)의 주변부에서 완전히 분리되는 시점에 측정되는 온도의 값일 수 있다. 따라서, 전지 모듈(10)의 온도 편차가 없는 상태 즉, 전지 모듈(10)의 균일한 온도 상태를 유지하면서 송풍팬(700) 등을 통해 전지 모듈(10)을 방열시킬 수 있다.
상기 비교 후, 실제 온도가 기준값보다 큰지를 판단한다(S130).
실제온도가 기준값 보다 크면 출력부(630)를 통해 구동 신호를 송풍팬(700)에 인가하여 송풍팬(700)을 설정 속도로 구동시킨다(S140). 이 때, 설정 속도는 출력부(630)의 구동 신호에 따라 가변될 수 있을 것이다. 즉, 출력부(630)의 로직을 통해 실제온도와 기준값의 차이가 크면 클수록 송풍팬(700)을 가속시켜 설정 속도를 증가시킬 수 있을 것이다. 다시 말해, 실제온도와 가준값의 차이에 해당하는 차이값과 출력부에 저장된 여러 참조값을 서로 비교하여, 차이 값이 여러 참조값 중 어느 하나의 참조값 범위에 있으면 그 참조값에 맞는 설정 속도[참조값에 따라 실험을 통해 설정되는 속도로서, 참조값이 크면 클수록 커짐]가 되도록 가속시킬 수 있다.
실제온도가 기준값보다 작으면 출력부(630)를 통해 정지 신호를 송풍팬(700)에 인가하여 송풍팬(700)의 구동을 정지시킨다(S150).
또한, 이러한 과정들을 반복 수행한다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 개략적 종단면도이고, 그리고 도 7은 도 6의 상태에서 제1 물질이 제2 물질에 비해 상대적으로 더 열팽창되어 제1 물질만이 전지 모듈의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 열전달 부재(1400)를 제외하고 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제2 열전달 부재(1400)에 대해서만 설명한다.
제2 열전달 부재(1400)는 전지 모듈(10)과 히트 싱크(200) 사이에 구비되며 서로 다른 열팽창율을 갖는 적어도 2개의 물질들이 결합되어 이루어진다. 구체적으로, 적어도 2개의 물질은 전지 모듈(10)의 중심부에 구비되며 제1 열팽창율을 갖는 제1 물질(1410)과, 그리고 전지 모듈(10)의 중심부를 기준으로 전지 모듈(10)의 좌측 및 우측 주변부에 각각 구비되며 제1 열팽창율 보다 작은 제2 열팽창율을 갖는 제2 물질(1420)을 포함할 수 있다. 특히, 전지 모듈(10)은 복수개의 이차 전지가 수평으로 나란히 위치되어 있으므로 상대적으로 그 중심부에 위치한 제1, 제2 및 제3 이차 전지(11)(12)(13)의 온도 즉, 전지 모듈(10)의 중심부의 온도는 전지 모듈(10)의 주변부의 온도에 비해 높게 나타난다. 이러한 온도 편차는 궁극적으로 전지 모듈(10)의 중심부의 열화를 가속시켜 전지 모듈(10)의 전체 수명을 단축시키거나 전지 모듈(10)의 전체 성능을 저하시킬 수 있다.
따라서, 전지 모듈(10)의 중심부에 제2 물질(1420)보다 열팽창율이 큰 제1 물질(1410)을 구비시키게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 전지 모듈(10)의 온도가 상승할 경우 전지 모듈(10)의 케이스(20)의 중심부만이 제1 물질(1410)을 통해 방열판(210)에 접하게 되므로, 즉 케이스(20)의 중심부와 제1 물질(1410)이 서로 접하고 이와 함께 제1 물질(1410))과 방열판(210)이 서로 접하게 되므로, 전지 모듈(10)의 중심부의 열이 우선적으로 제1 물질(410)을 통해 방열판(210)에 전달된다. 즉, 전지 모듈(10)을 이루는 복수개의 이차 전지의 각 온도는 서로 균일하게 되어 온도 편차가 최소화될 수 있다. 궁극적으로, 온도 편차에 따른 문제가 해결되므로 전지 모듈(10)의 수명 및 성능을 향상시킬 수 있다.
일 예로서, 상술한 제1 열전달 부재(200)가 알루미늄으로 이루어질 경우, 전지 모듈(10)의 중심부에 구비된 제1 물질(1410) 만이 전지 모듈(10)에 접하기 위해서는 제1 물질(1410)은 알루미늄 보다 열팽창율이 큰 아연 또는 마그네슘 중 어느 하나일 수 있고, 그리고 제2 물질(1420)은 열팽창율이 낮은 SUS(일본공업협회에서 제정한 재질의 명칭임, 한국표준협회가 제정한 재질의 명칭은 STS임)일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 송풍팬(700)과, 감지부(500) 및 제어 유닛(1600)을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬(700)과 온도 센서(500)와 제어 유닛(1600)이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(1600)을 제외 하고는 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하다.
특히, 제2 열전달 부재(1400)가 본 발명의 일 실시예에 언급된 제2 열전달 부재(400)와 다름에 따라 제어 유닛의 기준값이 본 발명의 일 실시예에 언급된 기준값과 다르다.
즉, 제2 열전달 부재(1400)가 전지 모듈(10)의 중심부에 구비되는 제1 물질(1410)과, 그리고 전지 모듈(10)의 중심부를 기준으로 전지 모듈(10)의 좌측 및 우측 주변부에 각각 구비되는 제2 물질(1420)을 포함할 경우, 기준값은 제2 물질(420)이 전지 모듈(10)의 주변부에서 완전히 분리된 시점에 측정되는 온도의 값일 수 있다. 참고로, 상술한 제1 열전달 부재(200)가 알루미늄으로 이루어지고, 제1 물질(410)이 아연 또는 마그네슘 중 어느 하나이며, 그리고 제2 물질(420)이 SUS일 경우, 기준값은 대략 32℃일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법은 상술한 이유에 의해 기준값을 제외하고는 상술한 본 발명의 일 실시예의 제어 방법과 동일하다. 기준값에 대해서는 바로 위에 언급하였으므로 생략한다.
이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치를 나타낸 것으로서 제2 열전달 부재(2400)의 제1 부분(2410)만이 전지 모듈(10)의 중심부에 접촉된 상태를 보이는 종단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 열전달 부재(2400)를 제외하고 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제2 열전달 부재(2400)에 대해서만 설명한다.
제2 열전달 부재(2400)는 전지 모듈(10)의 중심부에 위치되는 제1 부분(2410)과, 그리고 전지 모듈(10)의 중심부를 기준으로 전지 모듈(10)의 좌측 및 우측 주변부에 위치되는 제2 부분(2420)을 포함한다. 이 때, 제2 열전달 부재(2400)의 제1 부분(2410)이 항상 전지 모듈(10)의 중심부에 접촉된 상태에 있도록 제1 부분(2410)은 제2 부분(2420)보다 큰 두께를 갖는다.
나아가, 제1 부분(2410)과 제2 부분(2420)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 그리고 서로 일체로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 10에 도시된 바와 같이, 송풍팬(700)과, 감지부(500) 및 제어 유닛(2600)을 더 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치에 송풍팬(700)과 온도 센서(500)와 제어 유닛(2600)이 더 포함된 상태를 나타낸 개략적 종단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(2600)을 제외 하고는 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 특히, 제2 열전달 부재(2400)가 본 발명의 일 실시예에 언급된 제2 열전달 부재(400)와 다름에 따라 제어 유닛(2400)의 기준값이 본 발명의 일 실시예에 언급된 기준값과 다르다.
즉, 전지 모듈(10)의 온도 변화에 무관하게, 제2 열전달 부재(2400)의 제1 부분(2410)은 항상 전지 모듈(10)의 중심부에 접촉된 상태에 있고, 그리고 제2 열전달 부재(2400)의 제2 부분(2420)은 항상 전지 모듈(10)의 주변부와 떨어진 상태에 있게 되므로, 본 실시예에서는 기준값을 제2 열전달 부재(2400)의 제2 부분(2420)이 전지 모듈(10)의 주변부에서 떨어지는 시점으로 정할 수 없다. 따라서, 기준값을 설정해야 하는데, 전지 모듈(10)의 열화를 최소화하기 위해 대략 32℃로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치의 제어 방법은 상술한 이유에 의해 기준값을 제외하고는 상술한 본 발명의 일 실시예의 제어 방법과 동일하다. 기준값에 대해서는 바로 위에 언급하였으므로 생략한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈의 방열 장치 및 그 제어 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전지 모듈 중 상대적으로 온도가 높은 부분에 접촉되는 제2 열전달 부재(400)(1400)(2400)를 포함함에 따라, 전지 모듈(10)을 이루는 복수개의 이차 전지들 간의 온도 편차를 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 송풍팬(700), 온도 센서(500) 및 제어 유닛(600)(1600)(2600)을 포함함에 따라, 온도 편차가 최소화된 상태에서 보다 효과적으로 전지 모듈(10)의 열을 발산시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 전지 모듈 100: 하우징
110: 수용부 120: 공기 유로
200: 제1 열전달 부재 400, 1400, 2400: 제2 열전달 부재

Claims (18)

  1. 복수개의 이차 전지와, 상기 복수개의 이차 전지를 수용하는 케이스와, 상기 복수개의 이차 전지 사이에 개재된 베리어를 포함하는 전지 모듈;
    상기 전지 모듈을 수용하는 수용부와 외부 공기를 통과시키는 공기 유로를 포함하는 하우징;
    상기 하우징에 고정되며 일면이 상기 공기 유로에 노출되는 제1 열전달 부재; 및
    상기 전지 모듈과 상기 제1 열전달 부재 사이에 위치되는 제2 열전달 부재
    를 포함하고,
    상기 제2 열전달 부재는
    상기 제1 열전달 부재보다 높은 열팽창율을 갖는 전지 모듈의 방열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전달 부재는 상기 전지 모듈의 중심부와 접촉하는 전지 모듈의 방열 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전달 부재는 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 제2 열전달 부재는 아연, 마그네슘 또는 SUS 중 어느 하나로 이루어지는 전지 모듈의 방열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전달 부재는
    서로 다른 열팽창율을 갖는 적어도 2개의 물질들이 결합되어 이루어지는 전지 모듈의 방열 장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 적어도 2개의 물질은
    상기 전지 모듈의 중심부에 구비되며 제1 열팽창율을 갖는 제1 물질; 및
    상기 전지 모듈의 중심부를 기준으로 상기 전지 모듈의 좌측 및 우측 주변부에 구비되며 제1 열팽창율 보다 작은 제2 열팽창율을 갖는 제2 물질을 포함하는 전지 모듈의 방열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 열전달 부재는 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 제2 열전달 부재의 상기 제1 물질은 아연 또는 마그네슘 중 어느 하나이고, 그리고
    상기 제2 열전달 부재의 상기 제2 물질은 SUS인 전지 모듈의 방열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전달 부재는
    상기 전지 모듈의 중심부에 위치되는 제1 부분; 및
    상기 전지 모듈의 중심부를 기준으로 상기 전지 모듈의 좌측 및 우측 주변부에 위치되는 제2 부분을 포함하고, 그리고
    상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 두께가 큰 전지 모듈의 방열 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 동일한 물질로 이루어지는 전지 모듈의 방열 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 일체로 이루어지는 전지 모듈의 방열 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전달 부재는 히트 싱크이고, 그리고
    상기 히트 싱크는
    상기 하우징에 고정되며 제2 열전달 부재에 접하는 방열판; 및
    상기 방열판에 돌출되되 상기 공기 유로를 향해 돌출되는 복수개의 방열핀을 포함하는 전지 모듈의 방열 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유로를 향해 송풍하는 송풍팬;
    상기 전지 모듈의 중심부의 온도를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지된 온도에 따라 상기 송풍팬을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 전지 모듈의 방열 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감지부는 온도 센서이고,
    상기 전지 모듈은 복수개의 이차 전지를 포함하고,
    상기 복수개의 이차 전지는 상기 전지 모듈의 중심부에 위치되는 제1 이차 전지를 포함하고, 그리고
    상기 온도 센서는 상기 제1 이차 전지에 구비되는 전지 모듈의 방열 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어 유닛은
    상기 감지부에서 감지된 신호를 연산하는 연산부와;
    상기 연산부로부터 연산된 값과 기 저장된 기준값을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 신호에 따라 상기 송풍팬에 해당 속도 값을 인가하는 출력부를 포함하는 전지 모듈의 방열 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 연산값과 상기 기준값의 차이가 크면 클수록 상기 송풍팬을 가속시키는 전지 모듈의 방열 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전지 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 전지 모듈을 관리하는 전지 관리 시스템인 전지 모듈의 방열 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유로를 향해 송풍하는 송풍팬;
    상기 전지 모듈의 중심부의 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 송풍팬을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은
    상기 온도 센서에서 감지된 신호를 연산하는 연산부와;
    상기 연산부로부터 연산된 값과 기 저장된 기준값을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 신호에 따라 상기 송풍팬에 해당 속도 값을 인가하는 출력부를 포함하고, 그리고
    상기 기준값은 상기 제2 열전달 부재의 주변부가 상기 전지 모듈의 상기 주변부에서 완전히 분리된 시점에 측정되는 온도의 값인 전지 모듈의 방열 장치.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 공기 유로를 향해 송풍하는 송풍팬;
    상기 전지 모듈의 중심부의 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 송풍팬을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은
    상기 온도 센서에서 감지된 신호를 연산하는 연산부와;
    상기 연산부로부터 연산된 값과 기 저장된 기준값을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 신호에 따라 상기 송풍팬에 해당 속도 값을 인가하는 출력부를 포함하고, 그리고
    상기 기준값은 상기 제2 물질이 상기 전지 모듈의 상기 주변부에서 완전히 분리된 시점에 측정되는 온도의 값인 전지 모듈의 방열 장치.
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