KR101156527B1 - 전지팩 - Google Patents

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KR101156527B1 KR1020100051962A KR20100051962A KR101156527B1 KR 101156527 B1 KR101156527 B1 KR 101156527B1 KR 1020100051962 A KR1020100051962 A KR 1020100051962A KR 20100051962 A KR20100051962 A KR 20100051962A KR 101156527 B1 KR101156527 B1 KR 101156527B1
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Abstract

본 발명은 복수 개의 이차전지를 수납하는 하우징; 냉각 유체를 유입하는 입구와 유출하는 출구를 구비하며 상기 이차전지를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부에 착탈 가능하게 연결되어 상기 냉각 유체를 순환 시키는 제1 단자를 포함하는 단자부;를 구비하는 전지팩을 제공한다.

Description

전지팩{Battery pack}
본 발명은 전지팩에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉각부를 구비한 전지팩에 관한 것이다.
가솔린 차량의 증가와 함께, 차량 배기가스에는 연소에 따른 질소 산화물, 불완전 연소로 인한 일산화 탄소 또는 탄화수소 등의 유해한 성분이 다량 함유되어 심각한 공해문제로 대두하였다. 또한, 화석연료의 고갈에 대한 예상에 따라 차세대 에너지원의 개발과 그에 따른 전기자동차의 개발은 중요한 화두가 되고 있다. 전기자동차의 상용화에 있어 전기자동차의 주행거리는 전지의 성능에 따라 결정된다. 통상 전지는 충분한 주행거리를 보장할 수 있는 전기에너지를 공급하기 어렵다. 만약 자동차가 휘발류, 경유 또는 가스 등의 에너지원을 사용할 경우에는 주유소나 가스충전소에서 신속한 연료의 재충전이 가능하다. 그러나 전기자동차의 경우, 전기 충전소가 설치되는 경우에도 충전하는데 시간이 오래 걸려 상용화되는데 걸림돌로 작용하고 있다. 이에 따라, 전기자동차에 관한 다른 기술들에 비해 전지의 성능 향상은 중요한 문제로 인식되고 있다.
본 발명의 목적은 전지팩의 냉각부 및 충방전 단자를 동일 인터페이스에 구성한 전지팩을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 복수 개의 이차전지를 수납하는 하우징; 냉각 유체를 유입하는 입구와 유출하는 출구를 구비하며 상기 이차전지를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부에 착탈 가능하게 연결되어 상기 냉각 유체를 순환 시키는 제1 단자를 포함하는 단자부;를 구비하는 전지팩을 개시한다.
여기서, 제1 측과 제2 측을 구비하며 상기 냉각 유체가 상기 제1 측에서 상기 제2 측 방향으로 이동시 열리고, 상기 냉각 유체가 상기 제2 측에서 상기 제1 측으로 이동시 닫히는 체크밸브를 더 구비하며 상기 체크 밸브는 상기 냉각부 또는 상기 제1 단자 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 입구 또는 상기 출구 중 적어도 어느 하나의 외접면에 상기 냉각 유체를 증발시키기 위한 제1 가열부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 단자는 상기 냉각부와 연결되어 폐회로를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 단자는 상기 냉각 유체를 순환시키는 순환장치와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 냉각부는 복수 개의 냉각팩을 구비하며 상기 냉각팩은 냉각 연결부재에 의해 서로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 하우징은 전지 모듈을 구비하며 상기 전지 모듈은, 상기 이차전지와 상기 냉각팩 양 단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트(end plate); 상기 이차전지가 길이방향으로 더 연장되지 않도록 압축하며 상기 냉각팩을 지지하며 상기 한 쌍의 엔드 플레이트의 측부에 연결되는 측면 플레이트(restraint plate); 상기 한 쌍의 엔드 플레이트 상부에 연결되는 상부 플레이트(top plate); 상기 한 쌍의 엔드 플레이트 하부에 연결되는 하부 플레이트(bottom plate); 및 상기 냉각팩을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 냉각팩은 상기 이차전지와 상기 하부 플레이트 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 냉각팩은 상기 이차전지와 상기 측면 플레이트 사이에 배치될 수도 있다.
여기서, 상기 냉각팩은 히트 파이프(heat pipe)를 구비할 수도 있다.
여기서, 상기 엔드 플레이트는 상기 냉각 연결부재와 상기 냉각팩이 연결되도록 냉각홀이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전지팩은 상기 이차전지와 전기적으로 연결되며 상기 하우징에 배치되는 충방전 단자; 및 상기 단자부에 배치되며 상기 충방전 단자에 착탈 가능하게 전기적으로 연결되며 상기 이차전지를 충방전시키는 제2 단자;를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 입구 및 상기 출구의 단면과 상기 충방전 단자의 단면은 서로 비대칭으로 구성할 수 있다.
여기서, 상기 하우징에 배치되며 상기 단자부에 착탈 가능하게 연결되며 상기 충방전 단자, 상기 냉각부의 상기 입구, 및 상기 냉각부의 상기 출구가 배치되는 전지팩 인터페이스를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 전지팩 인터페이스는 제1 절연부를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제2 단자는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 입구 및 상기 출구는 상기 충방전 단자에 대하여 중력 방향에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 단자부를 제외한 상기 전지팩은 자동차에 착탈 가능하게 연결되어 상기 자동차에 동력을 제공하며 상기 단자부는 상기 자동차 외부의 스테이션에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 전지팩 인터페이스와 상기 단자부 사이에 배치되어 상기 전지팩 인터페이스 및 상기 단자부 각각에 착탈 가능하게 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연결부는, 일면이 상기 냉각부의 상기 입구와 상기 출구에 착탈 가능하게 연결되며 타면이 상기 제1 단자에 착탈이 가능하도록 연결되는 냉각 연결단자; 및 일면이 상기 충방전 단자에 착탈이 가능하게 연결되며 타면이 상기 제2 단자에 착탈이 가능하도록 연결되는 전원 연결단자;를 구비하며 상기 냉각 연결단자의 단면 및 상기 전원 연결단자의 단면은 서로 비대칭일 수 있다.
상기 단자부를 제외한 전지팩은 자동차에 착탈 가능하게 연결되어 상기 자동차에 동력을 제공하며, 상기 단자부는 상기 자동차 외부의 스테이션에 배치되며, 상기 연결부는 상기 자동차에 배치될 수 있다.
상기 연결부는 제1 측과 제2 측을 구비하며 상기 냉각 유체가 상기 제1 측에서 상기 제2 측 방향으로 이동시 열리고, 상기 냉각 유체가 상기 제2 측에서 상기 제1 측으로 이동시 닫히는 체크밸브를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 연결부는 제2 절연부를 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 연결부는 상기 연결부 표면에 상기 냉각 유체를 증발시키기 위한 제2 가열부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 단자는 외부 전원 공급장치와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지팩에 의하면 냉각부 및 충방전 단자를 동일 인터페이스에 구성하여 전지팩의 착탈이 편리하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 도시한 개략적 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 개략적 사시도이다.
도 3은 냉각팩이 적용된 전지 모듈의 일실시예의 개략적 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 실시예의 제1 변형예인 개략적 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 A부분을 확대한 개략적 사시도이다.
도 6a와 도 6b는 유체의 흐름에 따른 체크밸브의 동작을 설명하기 위한 개략적 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩을 도시한 개략적 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩의 개략적 사시도이다.
도 9는 도 8의 B부분을 확대한 개략적 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시예의 제1 변형예의 개략적 사시도이다.
도 11은 도 9의 실시예의 제2 변형예의 개략적 사시도이다.
도 12은 도 9의 실시예의 제3 변형예의 개략적 사시도이다.
도 13은 도 9의 실시예의 제4 변형예의 개략적 사시도이다.
도 14는 도 13의 실시예가 자동차에 적용된 것을 도시한 개략적 개념도이다.
이하에서는 첨부된 도면의 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)을 도시한 개략적 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)의 개략적 사시도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 전지팩(1000)은 하우징(100), 냉각부(210), 단자부(300)를 구비할 수 있다. 여기서, 하우징(100)은 복수 개의 이차전지(10)를 수납할 수 있다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 냉각부(210)는 냉각 유체를 순환시켜 이차전지(10)를 냉각시킨다.
냉각부(210)는 이차전지(10)를 냉각시키기 위하여 냉각 유체를 유입하는 입구(220)와 유출하는 출구(230)를 구비할 수 있다. 이때, 입구(220)와 출구(230)는 냉각부(210)와 별도의 도면부호로 기재하였으나 반드시 냉각부(210)와 독립된 구성요소일 필요는 없다. 즉, 냉각부(210)가 열린 관 형상이면 관의 양쪽 구멍이 각각 입구(220) 및 출구(230)일 수도 있다. 이때, 도 1에는 냉각부(210)가 하우징(100)내부에 배치된 것으로 도시되어 있으나 냉각부(210)의 위치는 이차전지(10)를 냉각시키기 위해 다양한 위치에 배치할 수 있다. 예를 들어 하우징(100)의 표면에 배치하여 이차전지(10)를 냉각시킬 수도 있다. 단자부(300)는 냉각부(210)에 착탈 가능하게 연결되며 입구(220)와 출구(230)에 대응하여 형성되어 냉각 유체를 순환 시키는 제1 단자(310)를 포함할 수 있다. 제1 단자(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 냉각부(210)와 연결되어 냉각유체가 순환할 수 있는 폐회로를 형성할 수 있다. 또한, 제1 단자(310)는 순환장치(330)와 연결되어 냉각유체를 순환시는 구동력을 제공할 수도 있다. 이때, 미도시 되었으나, 순환장치(330)가 하우징(100)내부에 형성될 수 있음도 물론이다.
도 2를 참조하면 전지팩(1000)은 복수 개의 전지모듈(1, 1001, 1100, 1200, 2100, 2200), 하우징(100), 냉각부(210), 및 단자부(300)를 구비할 수 있다. 여기서, 도 3 또는 도 4를 참조하여 전지 모듈(1)을 설명한다. 도 3은 냉각팩(270)이 적용된 전지 모듈(1)의 일실시예의 개략적 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 실시예의 제1 변형예인개략적 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전지 모듈(1)은 복수 개의 이차전지(10), 상부 플레이트(20), 하부 플레이트(30), 측면 플레이트(40), 엔드 플레이트(50), 및 냉각팩(270)을 구비한다.
여기서, 이차전지(10)는 전극 조립체(미도시), 밀봉체(11) 및 전극 단자(12)를 구비한다. 전극 조립체(미도시)는 양극(미도시), 세퍼레이터(미도시), 및 음극(미도시)를 구비하며, 권취형 또는 적층형으로 형성할 수 있다. 밀봉체(11)는 내부에 전극 조립체(미도시)를 수용한다. 이차전지(10)는 밀봉체(11)를 뚫고 외부와 전기적으로 연결되기 위해서 전극 단자(12)를 가질 수 있다. 이때, 밀봉체(11)는 벤트(13)를 가질수 있다. 벤트(13)는 상대적으로 약하게 구성되어, 밀봉체(11)내에 가스 등이 발생하게 되면 가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다.
복수 개의 이차전지(10)는 서로 맞대어 소정의 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 이차전지(10)는 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이때, 이차전지(10)는 직렬 또는 병렬 등으로 서로 연결될 수 있다. 이차전지(10)를 직렬로 연결하기 위해서 이차전지(10)의 전극이 교대로 양극과 음극이 서로 엇갈리도록 배열할 수도 있다. 이때, 이차전지(10)의 전극 단자(12)는 버스바(14)를 통해 서로 연결될 수 있다.
리튬을 구비한 이차전지(10)는 충방전을 통해 전극조립체가 팽창 또는 수축하게 된다. 이러한 전극조립체의 팽창과 수축은 밀봉체(11)에 물리력으로 작용하고, 이에 따라 밀봉체(11)는 전극조립체의 변화에 상응하는 물리적 팽창과 수축을 하게 된다. 반복되는 팽창과 수축을 통해 밀봉체(11)의 변형이 고착화 되기도 하며, 이와 같은 부피의 팽창은 저항을 증가시켜 이차전지(10)의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(50)는 소정의 방향으로 배열하여 상호 간에 전기적으로 연결된 복수 개의 이차전지(10) 양 단에 한 쌍으로 배치될 수 있고, 측면 플레이트(40)는 엔드 플레이트(50)의 측부에 연결되어 복수 개의 이차전지(10)가 팽창과 수축에 의해서 길이방향으로 더 연장되지 않도록 압축 고정할 수 있다. 물론 여기서, 이차전지(10)는 리튬 전지에 국한되는 것은 아니며 충방전이 가능한 모든 이차전지(10)를 의미한다. 예를 들어, Ni-Cd 또는 Ni-Mh전지 일 수도 있다.
상부 플레이트(20)는 복수 개의 이차전지(10) 상부에 배치되며 엔드 플레이트(50) 상부에 연결된다. 이때, 상부 플레이트(20)는 이차전지(10)의 벤트(13)에 대응하여 개구부(20a)를 형성할 수도 있다.
하부 플레이트(30)는 복수 개의 이차전지(10)의 하중을 지지하도록 이차전지(10)의 하부에 배치되며, 엔드 플레이트(50)의 하부에 연결된다. 도 3을 참조하면, 이차전지(10)의 하중을 견디기 위하여 하부 플레이트(30)는 하부 플레이트 절곡부(30a)를 구비할 수 있다. 이때, 하부 플레이트 절곡부(30a)는 하부를 향해 오픈된 구조를 가질 수 있다.
여기서, 냉각팩(270)은 이차전지(10)에서 충방전시 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 전지 모듈(1)에 배치될 수 있다. 냉각팩(270)은 냉각 유체가 흐르는 냉각관(210a)을 내부에 구비할 수 있다. 냉각관(210a)과 냉각관(210a)은 냉각 연결부재(210b)를 통해 연결되며, 냉각관(210a)과 냉각 연결부재(210b)가 연결되어 냉각부(210)를 구성할 수 있다. 도 3 또는 도 4를 참조하면, 냉각관(210a)과 냉각 연결부재(210b)는 서로 연결가능하여 냉각 유체를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 냉각팩(270)의 냉각관(210a)은 냉각 연결부재(210b)에 의해 서로 연결가능하며 또한, 도 4에서는 냉각 연결부재(210b)를 통해 인접한 전지모듈의 냉각팩(270)과 연결할 수 있다.
도 3 또는 도 4의 실시예는 엔드 플레이트(50)에 냉각홀(51)이 형성되어 냉각관(210a)과 냉각 연결부재(210b)가 냉각홀(51)을 관통하여 연결되는 것으로 도시되었다. 그러나 냉각관(210a)이 전지 모듈(1) 외부에 위치한 냉각 연결부재(210b)와 연결하는 방법은 다양할 수 있다. 예를 들어 별도의 구성없이 냉각관(210a)을 전지 모듈(1)에 형성된 틈으로 배출시켜 연결부재(210b)와 연결할 수도 있다.
또한, 냉각팩(270)은 전지 모듈(1)의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 도 3에서는 이차전지(10)와 측면 플레이트(40)사이에 배치된 것을 도시하고 있다. 냉각팩(270)의 위치는 물론 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 냉각팩(270)은 하부 플레이트(30)와 이차전지(10) 사이에 배치될 수도 있다. 도 3과 도 4는 전지 모듈(1)을 구성할 수 있는 여러 실시예들 중 일 실시예의 도시에 불과하며 냉각팩(270)의 형상과 배치 위치는 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
이때, 냉각부(210)는 단자부(300)의 제1 단자(310)와 연결되어 냉각유체가 순환하는 폐회로를 형성할 수 있다. 이와 같이, 냉각부(210)와 제1 단자(310)를 연결함으로 냉각유체는 냉각관(210a), 냉각 연결부재(210b), 제1 단자(310)를 통해 순환할 수 있다. 여기서, 제1 단자(310)는 제1 단자관(310a)을 구비하여 냉각부(210)와 결합시 냉각 유체를 순환시킬 수 있다.
이와 같이, 냉각부(210)는 냉각관(210a)과 냉각 연결부재(210b)를 연결하여 냉각 유체가 흐를 수 있게 되므로, 도 2를 참조하면, 입구(220)를 통해 유입된 냉각 유체가 각 전지모듈(1, 1001, 1100, 1200, 2100, 2200)을 순환한 후 출구(230)로 유출되는 동안 이차전지(10)를 냉각 시킬 수 있다.
이때, 냉각 유체는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 냉각 유체는 공기 등의 기체일 수도 있고 물 등의 액체일 수도 있다. 또는, 냉각 유체는 물과 글리콜(R(OH)2)을 5:5 또는 6:4의 비율로 혼합하여 구성할 수도 있다.
또한, 냉각관(210a)은 히트 파이프(heat pipe)를 구비할 수도 있다. 즉, 냉각부(210)가 히트 파이프를 구비하여 이차전지(10)를 냉각시킬 수도 있다.
도 5를 참조하여, 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)의 결합을 설명한다. 도 5는 도 2의 A부분을 확대한 개략적 사시도이다. 전지팩 인터페이스(200)는 하우징(100)에 배치되어 단자부(300)와 결합될 수 있다. 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)가 결합하면, 냉각부(210)와 제1 단자(310)가 결합된다. 즉, 냉각부(210)의 입구(220)와 출구(230)가 제1 단자(310)와 결합될 수 있다. 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)가 분리되면 하우징(100)내의 냉각유체는 순환하지 않고 냉각부(210)내에 정지하여 머무르게 된다. 이때, 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230)에서 냉각유체가 유출되지 않도록 체크밸브(250)를 배치할 수 있다. 체크밸브(250)는 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230)에 배치될 수 있을 뿐만 아니라 단자부(300)의 제1 단자(310)에 배치될 수 있다.
도 6a 또는 도 6b를 참조하여 체크밸브(250)의 원리를 설명한다. 체크밸브(250)는 제1 측과 제2 측을 구비하며 냉각 유체가 제1 측에서 제2 측 방향으로 이동시 열리고, 냉각 유체가 제2 측에서 제1 측으로 이동시 닫히도록 구성할 수 있다. 이러한 체크밸브(250)는 냉각부(210) 또는 제1 단자(310) 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다. 이러한 체크밸브(250)의 일 실시예를 도 6a 또는 도 6b를 참조하여 설명한다. 도 6a 또는 도 6b에서 체크밸브(250)의 체크밸브 머리부(250a)는 X축 일단의 단면이 직선이며 Y축 타단의 단면이 면을 가지도록 테이퍼(taper)지게 형성될 수 있다. 체크밸브 머리부(250a)의 단면이 직선인 X축 방향의 일단은 유체가 X축 방향으로 흐를 때 유체의 압력이 테이퍼(taper)진 외부 경사면에 작용하여 체크밸브 머리부(250a)가 열리지 않는다. 만약, 유체가 X축 방향으로 흐르게 되면 체크밸브(250) 내에 흐르는 유체의 압력은 테이퍼진 내부 경사면에 작용하여 체크밸브 머리부(250a)가 열리게 된다. 이와 같은 원리로 체크 밸브(250)는 유체가 일방향으로 흐르게 할 수 있으며 유체가 흐름을 중지할 경우, 유체가 유출되지 않도록 조절할 수 있다.
도 7 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩(2000)을 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩(2000)을 도시한 개략적 개념도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에따른 전지팩(2000)의 개략적 사시도이다.
도 7 또는 도 8을 참조하면, 충방전 단자(290)는 이차전지(10)와 전기적으로 연결되며 하우징(100)에 형성될수 있다. 이때, 제2 단자(390)는 단자부(300)에 형성되며 충방전단자(290)에 착탈 가능하게 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 단자(390)는 이차전지(10)를 충방전시킬 수 있다. 전지팩 인터페이스(200)는 하우징(100)에 배치되며 단자부(300)에 착탈 가능하게 연결되며 충방전 단자(290), 냉각부(210)의 입구(220), 및 냉각부(210)의 출구(230)가 배치될 수 있다. 즉, 이차전지(10) 또는 전지 모듈(1)을 충방전 시키는 충방전 단자(290)와 냉각시키는 냉각부(210)를 하나의 전지팩 인터페이스(200)에 배치시킬 수 있다. 또한, 이러한 전지팩 인터페이스(200)에 대응하여 단자부(300)를 구성할 수 있으며 단자부(300)는 스테이션(370)에 배치될 수 있다. 따라서, 전지팩(2000)을 스테이션(370)에서 충방전 시킬시 충방전과 냉각을 한번의 단자결합으로 실시할 수 있다. 즉, 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)를 착탈함을 통해 전지팩(2000)의 충방전과 충방전시 발생하는 열의 냉각을 동시에 할 수 있어 편리하다는 장점이 있다. 이때, 도 7에는 전지팩 인터페이스(200)가 하우징(100)에 돌출되도록 형성되었으나 전지팩 인터페이스(200)의 형상은 이에 제한되지 않으며 다양하게 형성될 수 있다. 예를들어, 하우징(100)에 전지팩 인터페이스(200)가 음각으로 형성될 수도 있다.
여기서, 제2 단자(390)는 외부 전원 공급장치(350)와 연결되어 이차전지(10)를 충전할 수 있다.
여기서, 냉각 유체가 충방전 단자(290)나 제2 단자(390)에 닿아 안전사고가 발생하지 않도록 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)를 설계할 수 있다.
도 9는 도 8의 B부분을 확대한 개략적 사시도이다. 도 9를 참조하면, 전지팩 인터페이스(200)는 제1 절연부(240)를 더 구비할 수 있다. 제1 절연부(240)는 전지팩 인터페이스(200)상에 형성되어 냉각 유체가 충방전 단자(290)로 들어가는 것을 막아줄 수 있다. 또한, 충방전 단자(290)를 통해 흐르는 전기를 절연하여 안전사고를 막을 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 전지팩(1000, 2000)은 전동 구동기 에 적용될 수 있으며 예를 들어 전기 자동차등에 적용될 수 있다. 이때, 단자부(300)를 제외한 전지팩(1000, 2000)은 전기 자동차에 착탈 가능하게 연결되어전기 자동차에 동력을 제공할 수 있다. 또한, 단자부(300)는 전기 자동차 외부에 배치된 스테이션(370)에 배치되어 충방전 및/또는 냉각시 연결될 수 있다.
즉, 단자부(300)를 제외한 전지팩(1000, 2000)을 전기 자동차에 연결하여 전기 자동차에 구동력을 제공하며 충전이 필요시 스테이션(370)의 단자부(300)를 전기 자동차에 탑재된 전지팩(1000, 2000)의 전지팩 인터페이스(200)에 결합할 수 있다. 이때, 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)의 결합은 이차전지(10)의 충방전 뿐만 아니라 충방전시 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다는 장점이 있다.
이때, 냉각부(210)의 입구(220) 및 출구(230)는 충방전 단자(290)에 대하여 중력 방향에 배치될 수 있다. 만약, 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230)에 냉각 유체가 남아 있어 중력방향을 따라 흐르게 되는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 입구(220) 및 출구(230)를 충방전 단자(290)에 대하여 중력 방향에 배치하여입구(220) 및 출구(230)에서 떨어진 냉각 유체가 충방전 단자(290)안으로 흘러 들어가는것을 막을 수 있다.
도 10은 도 9의 실시예의 제1 변형예의 개략적 사시도이다. 도 10을 참조하면, 오삽입을 막기 위하여, 냉각부(210)의 입구(220') 및 출구(230')와 충방전 단자(290)의 단면을 서로 비대칭으로 구성할 수 있다. 만약, 충방전 단자(290)와 냉각부(210)의 입구(220') 및 출구(230')의 단면이 서로 호환가능한 유사 형상일 경우, 제2 단자(390)를 냉각부(210)에 연결하게 되면 합선 등의 안전사고가 발생할 가능성이 커지게 된다. 따라서, 냉각부(210)의 입구(220') 및 출구(230')와 충방전 단자(290)의 단면을 비대칭으로 구성하여 오삽입을 막을 수 있다.
도 11은 도 9의 실시예의 제2 변형예의 개략적 사시도이다. 도 11을 참조하면, 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230) 중 적어도 어느 하나의 외접면에 냉각 유체를 증발시키기 위하여 제1 가열부(260)를 설치할 수 있다. 즉, 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230)에 어떠한 이유로든 냉각 유체가 남아있을 경우 제2 단자(390)가 접촉하여 합선될 수 있는 위험이 있다. 따라서, 제1 가열부(260)는 입구(220) 또는 출구(230)의 외접면을 가열하여 남아있는 냉각 유체를 증발시킬 수 있다. 이때, 제1 가열부(260)는 예를 들어 열선 등의 전기 저항선으로 구성될 수 있으나 이에 제한되지 않으며 다양한 방법으로 남아있는 냉각 유체를 증발시킬 수 있다.
도 12는 도 9의 실시예의 제3 변형예의 개략적 사시도이다. 도 12를 참조하면, 제2 단자(390)는 절연부재(340)를 포함할 수 있다. 제2 단자(390)의 표면에 절연부재(340)를 구비하고 제2 단자(390)가 충방전 단자(290)에 결합되었을 때 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다. 제2 단자(390)의 표면에 절연부재(340)를 구비하여 제2 단자(390)가 냉각부(210)의 입구(220) 또는 출구(230)에 닿아 전기적으로 단락되는 것을 보호할 수 있다.
도 13은 도 9의 실시예의 제4 변형예의 개략적 사시도이다. 도 13을 참조하면, 연결부(400)는 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300) 사이에 배치되어 전지팩 인터페이스(200)와 단자부(300)에 각각 착탈 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 전지팩 인터페이스(200)는 연결부(400)에 착탈 가능하게 연결될 수 있으며 연결부(400)는 단자부(300)에 착탈 가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 연결부(400)는 냉각 연결단자(410)와 전원 연결단자(490)을 구비할 수 있다. 냉각 연결단자(410)는 일면이 냉각부(210)의 입구(220)와 출구(230)에 착탈 가능하게 연결되며 타면이 제1 단자(310)에 착탈이 가능하도록 연결될 수 있다.
전원 연결단자(490)는 일면이 충방전 단자(290)에 착탈이 가능하게 연결되며 타면이 제2 단자(390)에 착탈이 가능하도록 연결될 수 있다.
이때, 냉각 연결단자(410)의 단면 및 전원 연결단자(490)의 단면은 서로 비대칭으로 구성될 수 있다. 이때, 냉각 연결단자(410)와 전원 연결단자(490)의 형상은 전지팩 인터페이스(200) 및/또는 단자부(300)와 연결될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 14를 참조하여 도 13의 실시예가 전기자동차(2)에 적용된 예를 설명한다. 도 14를 참조하면, 단자부(300)를 제외한 전지팩(2000)은 전기자동차(2)에 착탈 가능하게 연결되어 전기자동차(2)에 동력을 제공할 수 있다. 이때, 단자부(300)는 전기자동차(2) 외부의 스테이션(370)에 배치될 수 있다. 연결부(400)는 전기자동차(2)에 배치될 수 있다. 즉, 전기자동차(2)에 장착된 전지팩(2000)이 단자부(300)에 의해 직접 충방전될 수도 있지만 도 14에 도시된 바와 같이 전지팩(2000)이 전기자동차(2)에 배치된 연결부(400)의 일면에 삽입되고 연결부(400)의 타면은 전기 자동차(2) 외부에 배치된 스테이션(370)의 단자부(300)에 연결될 수 있다. 따라서, 전기자동차(2)에 장착된 전지팩(2000)을 충방전함에 있어 전지팩(2000)을 전기자동차(2)에서 분리하지 않고 장착한 채로 스테이션(370)의 단자부(300)을 연결하여 충전할 수 있다.
여기서, 연결부(400)는 도 6a 또는 도 6b의 실시예에서 설명한 체크 밸브(250)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 연결부(400)가 체크 밸브(250)를 구비하여 냉각 유체가 한 방향으로 순환하도록 할 수 있다.
또한, 연결부(400)는 제2 절연부(440)를 더 구비할 수도 있다. 제2 절연부(440)는 연결부(400)의 적어도 일면에 형성될 수 있고 냉각 유체가 전기가 흐르는 부분에 들어가지 않도록 막을 수 있다.
또한, 연결부(400)는 연결부(400) 표면에 냉각 유체를 증발시키기 위해 제2 가열부(420)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 제2 가열부(420) 외접면에냉각 유체를 증발시키기 위하여 제2 가열부(420)를 설치할 수 있다. 이때, 제2 가열부(420)는 예를 들어 열선 등의 전기 저항선으로 구성될 수 있으나 이에 제한되지 않으며 다양한 방법으로 남아있는 냉각 유체를 증발시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야할 것이다.
본 발명은 전지팩을 제조 및 사용하는 모든 산업에 이용될 수 있다.
1: 전지 모듈 10: 이차전지
20: 엔드 플레이트 51: 냉각홀
30: 측면 플레이트 40: 상부 플레이트
50: 하부 플레이트 100: 하우징
200: 전지팩 인터페이스 210: 냉각부
220: 입구 230: 출구
240: 제1 절연부 250: 체크밸브
250a: 체크밸브 머리부 260: 제1 가열부
270: 냉각팩 290: 충방전 단자
300: 단자부 310: 제1 단자
390: 제2 단자 330: 순환장치
340: 절연 부재 350: 외부 전원 공급장치
370: 스테이션 400: 연결부
410: 냉각 연결단자 460: 제2 가열부
440: 제2 절연부 490: 전원 연결단자
1000,2000: 전지팩

Claims (25)

  1. 복수 개의 이차전지를 수납하는 하우징;
    냉각 유체를 유입하는 입구와 유출하는 출구를 구비하며 상기 이차전지를 냉각시키는 냉각부; 및
    상기 냉각부에 착탈 가능하게 연결되어 상기 냉각 유체를 순환 시키는 제1 단자를 포함하는 단자부;를 구비하는 전지팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    제1 측과 제2 측을 구비하며 상기 냉각 유체가 상기 제1 측에서 상기 제2 측 방향으로 이동시 열리고, 상기 냉각 유체가 상기 제2 측에서 상기 제1 측으로 이동시 닫히는 체크밸브를 더 구비하며 상기 체크 밸브는 상기 냉각부 또는 상기 제1 단자 중 적어도 어느 하나에 배치되는 전지팩.
  3. 제1 항 또는 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 또는 상기 출구 중 적어도 어느 하나의 외접면에 상기 냉각 유체를 증발시키기 위한 제1 가열부를 더 포함하는 전지팩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단자는 상기 냉각부와 연결되어 폐회로를 구성하는 전지팩.
  5. 제1 항 또는 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단자는 상기 냉각 유체를 순환시키는 순환장치와 연결된 전지팩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각부는 복수 개의 냉각팩을 구비하며 상기 냉각팩은 냉각 연결부재에 의해 서로 연결되는 전지팩.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하우징은 전지 모듈을 구비하며
    상기 전지 모듈은,
    상기 이차전지와 상기 냉각팩 양 단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트(end plate);
    상기 이차전지가 길이방향으로 더 연장되지 않도록 압축하며 상기 냉각팩을 지지하며 상기 한 쌍의 엔드 플레이트의 측부에 연결되는 측면 플레이트(restraint plate);
    상기 한 쌍의 엔드 플레이트 상부에 연결되는 상부 플레이트(top plate);
    상기 한 쌍의 엔드 플레이트 하부에 연결되는 하부 플레이트(bottom plate); 및
    상기 냉각팩을 구비하는 전지팩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 냉각팩은 상기 이차전지와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되는 전지팩.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 냉각팩은 상기 이차전지와 상기 측면 플레이트 사이에 배치되는 전지팩.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 냉각팩은 히트 파이프(heat pipe)를 구비한 전지팩.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 냉각 연결부재와 상기 냉각팩이 연결되도록 냉각홀이 형성된 전지팩.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 이차전지와 전기적으로 연결되며 상기 하우징에 배치되는 충방전 단자; 및
    상기 단자부에 배치되며 상기 충방전 단자에 착탈 가능하게 전기적으로 연결되며 상기 이차전지를 충방전시키는 제2 단자;를 더 구비한 전지팩.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구의 단면과 상기 충방전 단자의 단면은 서로 비대칭인 전지팩.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 하우징에 배치되며 상기 단자부에 착탈 가능하게 연결되며 상기 충방전 단자, 상기 냉각부의 상기 입구, 및 상기 냉각부의 상기 출구가 배치되는 전지팩 인터페이스를 더 구비하는 전지팩.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전지팩 인터페이스의 단자부와의 연결면에 형성되는 제1 절연부를 더 구비하는 전지팩.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 단자를 둘러싸며, 제2 단자의 외부 표면을 형성하는 절연부재를 더 포함하는 전지팩.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구는 상기 충방전 단자에 대하여 중력 방향에 배치되는 전지팩.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 단자부를 제외한 상기 전지팩은 자동차에 착탈 가능하게 연결되어 상기 자동차에 동력을 제공하며 상기 단자부는 상기 자동차 외부의 스테이션에 배치되는 전지팩.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 전지팩 인터페이스와 상기 단자부 사이에 배치되어 상기 전지팩 인터페이스 및 상기 단자부 각각에 착탈 가능하게 연결되는 연결부를 더 포함하는 전지팩.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    일면이 상기 냉각부의 상기 입구와 상기 출구에 착탈 가능하게 연결되며 타면이 상기 제1 단자에 착탈이 가능하도록 연결되는 냉각 연결단자; 및
    일면이 상기 충방전 단자에 착탈이 가능하게 연결되며 타면이 상기 제2 단자에 착탈이 가능하도록 연결되는 전원 연결단자;를 구비하며 상기 냉각 연결단자의 단면 및 상기 전원 연결단자의 단면은 서로 비대칭인 전지팩.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 단자부를 제외한 전지팩은 자동차에 착탈 가능하게 연결되어 상기 자동차에 동력을 제공하며, 상기 단자부는 상기 자동차 외부의 스테이션에 배치되며, 상기 연결부는 상기 자동차에 배치되는 전지팩.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    제1 측과 제2 측을 구비하며 상기 냉각 유체가 상기 제1 측에서 상기 제2 측 방향으로 이동시 열리고, 상기 냉각 유체가 상기 제2 측에서 상기 제1 측으로 이동시 닫히는 체크밸브를 더 구비하는 전지팩.
  23. 제19 항에 있어서,
    상기 연결부의 단자부와의 연결면에 형성되는 제2 절연부를 더 구비하는 전지팩.
  24. 제19 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 연결부 표면에 상기 냉각 유체를 증발시키기 위한 제2 가열부를 더 포함하는 전지팩.
  25. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 단자는 외부 전원 공급장치와 연결되는 전지팩.
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