KR101230130B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀을 구비한 적어도 하나의 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈의 바닥면과 접하도록 배치되며 다공성 플레이트를 포함하도록 구성된 열전도 부재, 상기 열전도 부재 내부에 상기 다공성 플레이트와 이격되도록 배치되며 이웃한 상기 다공성 플레이트 사이에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재 및 상기 배터리 모듈과 상기 열전도 부재를 수용하는 하우징을 포함하는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 방열 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 배터리 셀로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
상기 배터리 팩은 고출력의 모터 구동용 전원에 사용되어, 충전 또는 방전 동작에 의해 많은 열을 발생시키며, 이러한 열은 배터리 셀을 열화 시킬 수 있다. 이에 따라, 방열 특성을 향상시키는 구조의 배터리 팩이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 방열 특성을 향상시킬 수 있는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방열 핀, 방열 파이프 및 다공성 부재를 이용하여 대류 방식의 냉각이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 방열 핀, 방열 파이프 및 다공성 부재를 이용하여 전도 방식의 냉각이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀을 구비한 적어도 하나의 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈의 바닥면과 접하도록 배치되며 다공성 플레이트를 포함하도록 구성된 열전도 부재; 상기 열전도 부재 내부에 상기 다공성 플레이트와 이격되도록 배치되며 이웃한 상기 다공성 플레이트 사이에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재 및 상기 배터리 모듈과 상기 열전도 부재를 수용하는 하우징을 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
상기 열전도 부재는 상기 다공성 플레이트와 열전도성 플레이트가 교대로 배치되어 형성될 수 있다.
상기 다공성 플레이트는 상기 배터리 모듈과 대응되도록 배치될 수 있다.
이웃한 상기 다공성 플레이트의 사이에 상기 가이드 부재에 의해 유로가 형성된 상기 냉매를 수용하는 홈부를 더 포함될 수 있다.
상기 홈부는 상기 열전도 부재와 상기 배터리 모듈이 접하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 중 적어도 어느 한 면에 형성될 수 있다.
상기 다공성 플레이트는 미세 기공을 갖는 열전도성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 다공성 플레이트는 상기 미세 기공의 형성을 위해 소결된 금속 재질일 수 있다.
상기 열전도성 플레이트는 금속 재질일 수 있다.
상기 배터리 모듈은 상기 배터리 셀의 측면이 서로 대면하도록 정렬되어 상기 하우징에 수용될 수 있다.
상기 열전도 부재에는 적어도 하나의 통공부가 구비될 수 있다.
상기 통공부는 제1 통공부 및 제2 통공부를 포함하고, 상기 제1 통공부는 상기 배터리 셀을 냉각시키는 상기 냉매가 유입되는 인렛이고, 상기 제2 통공부는 상기 제1 통공부로 유입되는 상기 냉매가 배출되는 아웃렛일 수 있다.
상기 제1 통공부와 제2 통공부는 서로 대향하되 대각선의 위치 관계를 갖도록 배치될 수 있다.
상기 제2 통공부의 일단은 상기 열전도 부재의 외곽선과 동일선 상에 놓이도록 배치될 수 있다.
상기 냉매는 유체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 다공성 플레이트를 포함하도록 구성된 열전도 부재 및 열전도 부재 내에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재를 포함함으로써, 냉매를 이용한 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 냉각 효율이 향상되어 복수회의 충방전에 의해서도 배터리 셀이 쉽게 열화되지 않는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절취한 단면도이고, 도 4는 도 1의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀(10)을 구비한 적어도 하나의 배터리 모듈(110), 상기 배터리 모듈(110)의 바닥면과 접하도록 배치되며 다공성 플레이트(130a)를 포함하도록 구성된 열전도 부재(130); 상기 열전도 부재(130) 내부에 상기 다공성 플레이트(130a)와 이격되도록 배치되며 이웃한 상기 다공성 플레이트(130a) 사이에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재(120a, 120b) 및 상기 배터리 모듈(110)과 상기 열전도 부재(130)를 수용하는 하우징(150)을 포함한다.
상기 하우징(150)은 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(110)을 수용할 수 있고, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(110)은 배터리 셀(10)의 측면이 대면하도록 정렬될 수 있다.
통상 배터리 셀(10)은 복수회의 충전 및 방전을 진행하면서, 열이 발생할 수 있다. 이러한 발열은 배터리 셀(10)의 온도를 증가시켜, 배터리 셀(10)의 성능을 저하시킬 뿐 아니라, 안전성에도 문제가 될 수 있다. 상기 발열에 따른 문제를 해결하기 위해 배터리 모듈(110)의 바닥면에는 상기 배터리 모듈(110)과 접하며 다공성 플레이트(130a)를 포함하도록 구성된 열전도 부재(130)가 배치되고, 열전도 부재(130) 내부에는 상기 다공성 플레이트(130a)와 이격되도록 배치되며 이웃한 상기 다공성 플레이트(130a) 사이에 도 2의 화살표와 같이 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재(120a, 120b)가 배치된다.
이때, 후술할 인렛인 제1 통공부(131)와 가장 인접한 가이드 부재(120a)는 제1 통공부(131)를 통해 유입되는 냉매가 잘 도입되도록 다공성 플레이트(130a)와 나란하게 형성되며, 배터리 모듈(110)의 일면에 배터리 모듈(110)과 이격되도록 배치된 가이드 부재(120b)는 다공성 플레이트(130a)와 일정한 각을 이루도록 형성되어 이웃한 다공성 플레이트(130a) 사이에 냉매 유로가 형성되도록 한다.
여기서, 열전도 부재(130)는 다공성 플레이트(130a)와 열전도성 플레이트(130b)가 교대로 배치되어 형성된다. 이때, 다공성 플레이트(130a)는 상기 배터리 모듈(110)과 대응되도록 배치되고, 열전도성 플레이트(130b)는 이웃한 다공성 플레이트(130a) 사이에 배치된다. 또한, 상기 열전도성 플레이트(130b)에는 상기 가이드 부재(120a, 120b)에 의해 유로가 형성된 냉매를 수용하는 홈부(130c)가 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 홈부(130c)는 상기 열전도 부재(130)와 상기 배터리 모듈(110)이 접하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 중 적어도 어느 한 면에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 다공성 플레이트(130a)는 미세 기공을 갖는 열전도성 재질로 이루어진다.
배터리 모듈(110), 가이드 부재(120a, 120b) 및 상기 열전도 부재(130)는 하우징(150) 내부에 수용된다. 배터리 모듈(110)을 포함하는 배터리 팩(100)에는 상기 배터리 셀(10)을 냉각시키기 위한 유체인 냉매가 구비한다. 여기서, 배터리 모듈(110) 내의 배터리 셀(10)로부터 발생하여 흡수된 열은 배터리 셀(10)과 직접 접하도록 배치된 다공성 플레이트(130a)의 미세 기공으로 배출된다. 이와 동시에, 가이드 부재(120a, 120b)에 의해 형성된 유로를 따라 배터리 셀(10)로부터 발생하는 열을 흡수한 냉매 또한 열전도성 플레이트(130b)에 형성된 홈부(130c)를 통해 열전도 부재(130)로 도입되어 하여 배출된다.
상기 다공성 플레이트(130a)는 미세 기공이 형성된 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하나 상기 다공성 플레이트(130a)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 다공성 플레이트(130a)는 금속과 바인더의 혼합물을 압착 후 바인더의 융점 이상에서 소결한 결과로 본래 바인더 위치에 미세 기공이 형성된 소결 금속 재질일 수 있다. 한편, 열전도성 플레이트(130b)는 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하나 상기 열전도성 플레이트(130b)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 다공성 플레이트(130a)와 상기 열전도성 플레이트(130b)는 배터리 셀(10)로부터 방출되는 열이 배터리 팩(100)의 열전도 부재(130)의 외부로 용이하게 방출되도록 열전도성 재질로 이루어진다.
또한, 상기 열전도 부재(130)에는 제1 통공부(131) 및 제2 통공부(133)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제1 통공부(131)는 상기 배터리 셀을 냉각시키는 냉매가 유입되는 인렛이고, 상기 제2 통공부(133)는 상기 제1 통공부(131)로 유입되는 냉매가 배출되는 아웃렛일 수 있다. 냉매는 인렛인 제1 통공부(131)를 통하여 유입되고, 열전도 부재(130)의 내부에 수용되어 순환하면서 배터리 모듈(110)을 냉각시킨 후, 아웃렛인 제2 통공부(133)를 통하여 배출될 수 있다. 냉각 효율 향상을 위하여, 상기 제1 통공부(131)와 제2 통공부(133)는 서로 대향하되 대각선의 위치 관계를 갖도록 배치되는 것이 바람직하나, 상기 제1 통공부(131)와 제2 통공부(133)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 통공부(133)의 일단은 상기 열전도 부재(130)의 외곽선과 동일선 상에 놓이도록 배치되는 것이 냉매가 열전도 부재(130)의 모서리 부분에 고이지 않고 배출되도록 할 수 있어 바람직하다.
인렛인 제1 통공부(131)는 냉매가 유입되는 부분으로, 배터리 팩(100) 내에 유입되는 냉매의 온도가 가장 낮은 부분이다. 또한, 아웃렛인 제2 통공부(133)는 배터리 팩(100)과 열을 교환하여 온도가 상승한 냉매가 배출되는 부분이다.
또한, 도 4를 참조하여 하우징(150)에 수용되는 배터리 모듈(110)을 살펴보면, 상기 배터리 모듈(110)은 일방향으로 정렬되고, 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)를 구비한 복수개의 배터리 셀(10)을 포함하는데, 상기 배터리 셀(10)은 이웃하는 배터리 셀(10)의 넓은 면이 서로 대면하도록 정렬된다.
상기 배터리 모듈(110)을 구성하는 배터리 셀(10)은 전지 케이스에 양극판, 음극판 및 이들 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와 전해액을 수용시킨 후, 캡 플레이트(14)를 이용하여 상기 전극 조립체를 수용한 전지 케이스를 밀폐시킴으로써 제작될 수 있다. 상기 캡 플레이트(14)에는 양극판과 연결되는 양극 단자(11), 음극판과 연결되는 음극 단자(12)인 전극 단자들이 외부로 돌출된 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 양극판 및 음극판은 전해액과 반응하여 전기 화학 에너지를 발생시킬 수 있는데, 이때 발생한 에너지는 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)를 통하여 외부로 전달된다. 또한, 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)의 사이에는 벤트(13)가 구비되어 기체를 방출하는 통로의 역할을 한다.
본 실시예에서는 상기 배터리 셀(10)이 리튬 이온 이차전지로서 각형인 것을 일 예로하여 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
상기 배터리 모듈(110)은 복수개의 배터리 셀(10)과, 서로 공간적으로 이격되어 구비되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)와, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)를 연결하는 연결부재(113, 114)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)는 각각 최외각의 배터리 셀(10)과 면접촉하도록 배치되어, 복수개의 배터리 셀(10)을 내측으로 가압할 수 있다. 연결 부재(113, 114)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)를 연결하는데, 상기 연결 부재(113, 114)의 일단은 제1 엔드 플레이트(111)에 체결되고, 상기 연결 부재(113, 114)의 타단은 제2 엔드 플레이트(112)에 체결된다. 이때, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)와 상기 연결 부재(113, 114)는 볼트, 너트 등의 부재에 의하여 체결될 수 있다.
또한, 상기 연결 부재(113, 114)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)를 연결하여, 복수개의 배터리 셀(10)이 정렬될 수 있는 공간을 제공하고 동시에 상기 배터리 셀(10)의 양측면과 바닥면을 지지할 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에서는 상기 배터리 셀(10)의 양측면을 지지하는 두개의 측면부 연결 부재(113)와 상기 배터리 셀(10)의 바닥면을 지지하는 하나의 바닥부 연결 부재(114)로 도시되어 있으나, 상기 연결 부재(113, 114)가 구비되는 위치 및 형태 등은 배터리 모듈(110)의 설계에 의하여 자유롭게 변형이 가능하다.
상기 배터리 셀(10)은 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112), 측면부 연결 부재(113) 및 바닥부 연결 부재(114)에 의해 구획된 공간 내에 고정되어 외부 충격에 의하여 쉽게 유동하지 않는다. 여기서, 이웃한 두 배터리 셀(10)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)는 버스바(bus-bar, 15)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(15)에는 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 관통할 수 있는 홀이 구비되고, 상기 단자들이 관통하여 연결된 버스바(15)는 너트(16) 등의 부재에 의하여 고정될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)과 배터리 셀(10) 사이에는 배리어(115)가 개재될 수 있다. 상기 배리어(115)에는 스페이서(미도시)가 구비되어, 이웃하는 복수개의 배터리 셀(10)을 이격시키고, 상기 배터리 셀(10) 사이의 공간을 형성시켜 배터리 셀(10)을 냉각시키는 공기의 이동 통로를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 다공성 플레이트를 포함하도록 구성된 열전도 부재 및 열전도 부재 내에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재를 포함함으로써, 냉매를 이용한 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 냉각 효율이 향상되어 복수회의 충방전에 의해서도 배터리 셀이 쉽게 열화되지 않는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11: 양극 단자
12: 음극 단자 13: 벤트
14: 캡 플레이트 15: 버스바
16: 너트 100: 배터리 팩
110: 배터리 모듈 111: 제1 엔드 플레이트
112: 제2 엔드 플레이트 113: 측면부 연결 부재
114: 바닥부 연결 부재 115: 배리어
120a, 120b: 가이드 부재 130: 열전도 부재
130a: 다공성 플레이트 130b: 열전도성 플레이트
130c: 홈부 131: 제1 통공부
133: 제2 통공부 150: 하우징

Claims (14)

  1. 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀을 구비한 적어도 하나의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 바닥면과 접하도록 배치되며, 다공성 플레이트와 열전도성 플레이트가 교대로 배치되어 형성되는 열전도 부재;
    상기 열전도 부재 내부에 상기 다공성 플레이트와 이격되도록 배치되며 이웃한 상기 다공성 플레이트 사이에 냉매 유로를 형성하는 가이드 부재; 및
    상기 배터리 모듈과 상기 열전도 부재를 수용하는 하우징을 포함하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 플레이트는 상기 배터리 모듈과 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 플레이트에 상기 가이드 부재에 의해 유로가 형성된 상기 냉매를 수용하는 홈부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 열전도 부재와 상기 배터리 모듈이 접하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 중 적어도 어느 한 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 플레이트는 미세 기공을 갖는 열전도성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 플레이트는 상기 미세 기공의 형성을 위해 소결된 금속 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 플레이트는 금속 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 배터리 셀의 측면이 서로 대면하도록 정렬되어 상기 하우징에 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 부재에는 적어도 하나의 통공부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통공부는 제1 통공부 및 제2 통공부를 포함하고, 상기 제1 통공부는 상기 배터리 셀을 냉각시키는 상기 냉매가 유입되는 인렛이고, 상기 제2 통공부는 상기 제1 통공부로 유입되는 상기 냉매가 배출되는 아웃렛인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 통공부와 제2 통공부는 서로 대향하되 대각선의 위치 관계를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 통공부의 일단은 상기 열전도 부재의 외곽선과 동일선 상에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 유체인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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