KR101233577B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명에서는 배터리 셀의 냉각을 균일하게 수행하여, 효율을 향상시키고 수명을 향상시킬 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 배터리 셀의 하부에 형성된 다공성 매질로 형성된 위크와 상기 위크의 하부에 진공을 형성하는 저장부를 포함하는 증발기 및 상기 위크에 냉매를 공급하고 상기 저장부로부터 냉매를 회수하는 컨덴서를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 의미한다. 이러한 이차 전지는 소형의 경우 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고, 대형의 경우 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터를 구동하기 위해 사용되고 있다. 이러한 이차 전지는 차지할 수 있는 부피가 한정되는 반면, 용량이 점차 커질 것이 요구되는 추세에 있다. 전지 용량을 증가시키기 위해서는 하나의 전지팩 내에 다수개의 배터리 셀을 스택하는 것이 필요하다. 그리고 배터리 셀에서 발생되는 열은 배터리 셀의 수명 및 효율에 영향을 주기 때문에 방열 효율에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 배터리 셀의 냉각을 균일하게 수행하여, 효율을 향상시키고 수명을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 셀의 하부에 형성된 다공성 매질로 형성된 위크와 상기 위크의 하부에 진공을 형성하는 밀집부를 포함하는 증발기 및 상기 위크에 냉매를 공급하고 상기 밀집부로부터 냉매를 회수하는 컨덴서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 밀집부는 냉매가 상기 위크 공급되는 부분의 높이보다 상기 냉매가 상기 밀집부로부터 방출되는 부분의 높이가 더 낮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 밀집부와 컨덴서의 사이에 형성된 회수 라인은 상기 컨덴서와 위크의 사이에 형성된 공급 라인에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 밀집부와 컨덴서의 사이에 형성된 회수 라인에는 상기 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브가 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 냉매를 저장하는 저장소와, 전지팩의 하우징 중 적어도 일면에 형성된 증발기와, 상기 증발기의 상부에 형성된 히트 싱크를 포함하고, 상기 증발기는 다공성 매질로 채워진 관으로 형성된 위크와 내부가 중공인 회수관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 밀집부와 컨덴서의 사이에 형성된 회수 라인에는 상기 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브가 더 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 팩은 배터리 셀의 하부에 다공성 매질로 구성된 위크를 구비하고, 위크의 모세관력을 통해 냉매를 순환시킴으로써, 별도의 동력이 없이도 배터리 셀에서 발생한 열을 용이하게 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 셀에서 방출된 열에 따라 위크에 저장되는 기화된 냉매의 양이 비례하기 때문에, 배터리 셀의 균일한 냉각을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 배터리 팩은 이차 전지는 전지팩의 하우징 중에서 적어도 일면에 형성된 저장소의 냉매가 모세관력에 의해 증발기의 위크를 따라 상승하고 회수관을 따라 하강하도록 함으로써, 하우징 내부에서 공기의 대류가 발생되도록 하여 상기 하우징의 내부에 위치한 배터리 셀을 용이하게 방열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 측면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 냉매를 포함하는 컨덴서(110), 배터리 셀(10)의 일면에 부착된 증발기(120)를 포함한다.
상기 컨덴서(110)는 내부 공간을 통해 냉매를 저장한다. 상기 컨덴서(110)는 공급 라인(111)을 통해 상기 냉매를 상기 증발기(120)에 공급한다. 이 때, 상기 냉매는 환경에 친환경적인 순수한 물로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 컨덴서(110)는 상기 회수 라인(112)를 통해 기상의 냉매를 상기 증발기(120)로부터 공급받는다. 또한, 상기 컨덴서(110)는 이를 응축하여, 즉 상기 냉매의 온도를 낮추면서 압력을 가하여 다시 액상의 냉매로 상변환 시킨다. 따라서, 상기 컨덴서(110)는 상기 냉매를 공급하여 상기 배터리 셀(10)의 열을 흡수하여 기상이 되도록 하고, 상기 냉매를 회수하여 다시 액상으로 변환시키는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 회수 라인(112)의 직경(d2)은 상기 공급 라인(111)의 직경(d1)에 비해 크게 형성된다. 상기 회수 라인(112)을 통과하는 냉매는 기화된 상태이기 때문에 액화된 상태의 냉매에 비해 더 큰 부피를 갖는다. 따라서, 상기 회수 라인(112)의 직경(d2)을 공급 라인(111)의 직경(d1)에 비해 크게 확보하여, 상기 냉매의 이동을 원활하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 회수 라인(112)의 직경(d2)은 상기 공급 라인(111)의 직경(d1)에 비해 1.5배 내지 2배로 이루어질 수 있다. 상기 회수 라인(112)의 직경(d2)이 상기 공급 라인(111)의 직경(d1)에 비해 1.5배 이상이면 기화된 상기 냉매가 원활하게 상기 컨덴서(110)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 회수 라인(112)의 직경(d2)이 상기 공급 라인(111)의 직경(d1)에 비해 2배 이하이면 상기 냉매를 용이하게 모세관력으로 이동시킬 수 있다.
상기 증발기(evaporator, 120)는 상기 공급 라인(111)을 통해 상기 컨덴서(110)에 연결된다. 상기 증발기(120)는 상기 공급 라인(111)의 냉매를 이용하여, 상기 배터리 셀(10)의 온도를 냉각한다.
상기 증발기(120)는 상부에 다공성 매질(porous media)을 통해 구성된 위크(wick, 121)를 구비하고, 하부에 내부가 진공인 공간을 갖는 밀집부(122)를 포함한다. 이 때, 상기 밀집부(122)의 진공은 상기 컨덴서(110)를 통해 유지될 수 있다.
한편, 상기 증발기(120)의 내부는 상기 밀집부(122)의 진공에 의해 끓는점이 낮아지게 된다. 또한, 이 상태에서 상기 배터리 셀(10)에서 발생한 열은 상기 냉매에 열을 가하여, 상기 냉매의 온도를 상승시킨다. 따라서, 상기 냉매는 상기 배터리 셀(10)의 열을 이용하여 기화되며, 상기 위크(121)의 내부에 위치한 기공에 저장된다. 또한, 상기 기공들은 상기 냉매에 대한 모세관 역할을 하여, 상기 냉매는 모세관력에 의해 하부로 밀집된다. 그 결과, 상기 위크(121)의 하부에 위치한 밀집부(122)에 냉매가 밀집되고, 상기 회수 라인(112)을 통해 상기 컨덴서(110)의 내부로 다시 공급된다.
이 때, 상기 밀집부(122)는 상기 컨덴서(110)로부터 냉매를 공급받는 제 1 단(120a)의 길이(l1)보다 상기 컨덴서(110)에 냉매를 공급하는 제 2 단(120b)의 길이(l2)가 더 길게 형성된다. 상기 위크(121)의 상부 및 하부는 대략 평평하게 형성되므로, 결국 상기 제 1 단(120a)의 하면 높이는 상기 제 2 단(120b)의 하면 높이보다 높게 위치된다. 따라서, 상기 밀집부(122)에 위치한 냉매는 상기 제 2 단(120b)으로 모이게 되고, 상기 제 2 단(120b)에 연결된 회수 라인(112)을 통해 상기 컨덴서(110)로 용이하게 회수될 수 있다.
그리고 상기 밀집부(122)로부터 상기 컨덴서(110)로 냉매를 다시 공급하는 힘은 상술한 모세관력이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 별도의 동력없이 모세관력을 이용하여 냉매를 순환할 수 있으며, 상기 배터리 셀(10) 각각(11)에서 발생하는 열을 상기 냉매를 통해서 냉각할 수 있다.
또한, 상기 위크(120)의 하부(122)와 회수 라인(112)의 사이에는 체크 밸브(123)가 더 형성되어, 상기 기화된 냉매가 상기 위크(120)의 내부로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 증발기(120)의 위크(121)에 기화되어 저장되는 냉매의 양은 상기 배터리 셀(11)에서 발생된 열에 의해 변하게 된다. 즉, 상기 배터리 셀(11)에서 발생된 열이 많으면 많을수록 더 많은 양의 냉매가 기화되어 상기 위크(121)에 저장되고, 모세관력에 의해서 상기 위크(121)에 위치한 상기 밀집부(122)로 이동하게 된다. 따라서, 상기 증발기(120)를 통해 상기 배터리 셀(11)에서 발생된 열에 비례하여 냉각을 수행할 수 있기 때문에, 배터리 셀(11)의 열을 균일하게 방열할 수 있다.
상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 배터리 셀(11)의 하부에 다공성 매질로 구성된 위크(121)를 구비하고, 위크(121)의 모세관력을 통해 냉매를 순환시킴으로써, 별도의 동력이 없이도 배터리 셀(11)에서 발생한 열을 용이하게 냉각할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 배터리 셀(11)에서 방출된 열에 따라 위크(121)에 저장되는 기화된 냉매의 양이 비례하기 때문에, 배터리 셀(11)의 균일한 냉각을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 배터리 셀(10)의 일면 하부에 형성된 저장소(210), 상기 저장소(210)의 상부에 연결되어 상기 배터리 셀(10)의 일면에 부착된 증발기(220), 상기 증발기(220)의 상부에 형성된 히트 싱크(230)를 포함한다.
상기 저장소(210)는 상기 배터리 셀(10)의 일면 하부에 위치한다. 상기 저장소(210)는 내부에 공간을 구비하여 냉매를 저장한다. 상기 냉매는 순수한 물로서 이루어질 수 있다. 상기 저장소(210)는 상기 냉매를 상기 증발기(220)에 공급하여, 상기 냉매로 하여금 상기 배터리 셀(10)의 열을 흡수할 수 있도록 한다.
상기 증발기(220)는 상기 저장소(210)의 상부에 결합되며, 상기 배터리 셀(10)의 일면에 부착된다. 상기 증발기(220)는 상기 배터리 셀(11)을 외부에서 감싸고 있는 하우징(12)에 결합된다. 따라서, 상기 증발기(220)는 상기 하우징(12)의 열을 방열하여, 내부의 배터리 셀(11)의 열을 방열할 수 있다.
상기 증발기(220)는 상기 저장소(210)에 결합되어, 상기 증발기(220)의 길이 방향을 따라 형성된 다수의 관을 구비한다. 또한, 상기 관들 중에서 일부는 다공성 매질로 채워져서 위크(221)를 구성하고, 나머지는 내부가 빈 상태로 유지되어 회수관(222)을 구성한다.
상기 위크(221)는 다공성 매질로 이루어지며, 도 2에 화살표로 도시된 것처럼, 상기 저장소(210)에 저장된 냉매를 모세관력을 통해 상부로 끌어올린다. 따라서, 상기 냉매는 상기 증발기(220)를 통해 상기 하우징(10)의 일면을 따라 상승하게 된다. 이 때, 상기 위크(221)는 상기 하우징(10)의 중앙에 위차한 배터리 셀(11)의 열을 용이하게 흡수하기 위해, 상기 증발기(220)의 중앙 영역에 위치할 수 있다. 또한, 이 때, 상기 하우징(12)에서 방출된 열은 상기 냉매를 기화시키며, 상기 기화된 냉매가 상기 위크(221)의 내부에서 이동하게 된다.
또한, 상기 냉매가 상기 히트 싱크(230)에 의해 냉각되어 액화되면, 상기 냉각된 냉매는 도 2에 화살표로 도시된 것처럼, 상기 회수관(222)을 따라 다시 하강하게 된다. 따라서, 상기 냉매는 상기 저장소(210)에 다시 저장된다. 그리고 이 때, 상기 회수관(222)에는 체크 밸브(223)가 형성되어, 상기 냉매가 상기 위크(221)를 향해 역류하는 것을 방지할 수 있다.
상기 히트 싱크(230)는 상기 증발기(220)의 상부에 형성된다. 상기 히트 싱크(230)는 상기 위크(221)로부터 모세관력에 의해 인가받은 냉매를 냉각시킨다. 특히, 상기 히트 싱크(230)의 상부로 돌출된 방열핀(231)들이 공기와 접하여 열교환을 하고, 이에 따라 상기 냉매가 냉각될 수 있다.
상기 냉매의 순환에 의해 상기 하우징(12)의 상기 증발기(220)와 부착된 면이 냉각된다. 따라서, 상기 하우징(12)의 내부에서는 도 3에서 화살표로 도시한 것과 같이 내부 공기가 대류하게 된다. 따라서, 상기 하우징(12)의 내부에 위치한 배터리 셀(11)은 상기 대류에 의해 공기와 열교환을 수행하여 용이하게 방열될 수 있다. 그리고 상기 하우징(12) 내에서 대류가 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 상기 ㅂ배터리 (11)은 상기 하우징(12) 내에서 상호간에 이격될 수 있고, 상기 증발기(220)에 나란한 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 배터리 셀(10)의 하우징(12) 중에서 적어도 일면에 형성된 저장소(210)의 냉매가 모세관력에 의해 증발기(220)의 위크(221)를 따라 상승하고 회수관(222)을 따라 하강하도록 함으로써, 외부 동력 없이도 하우징(12) 내부에서 공기의 대류가 발생되도록 하여 상기 하우징(12)의 내부에 위치한 배터리 셀(11)을 용이하게 방열할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 상기 배터리 셀(11)에서 발생된 열에 따라 모세관력이 발생하기 때문에 배터리 셀(11)에 일정한 방열을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200; 이차 전지 10; 전지팩
11; 배터리 셀 12; 하우징
110; 컨덴서 120, 220; 증발기
121, 221; 위크 210; 저장소
230; 히트 싱크 231; 방열 핀

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀;
    적어도 하나의 상기 배터리 셀에 인접하여 열적으로 연결되어 위치하고, 다공성 매질, 상기 다공성 매질과 연결되는 밀집부를 포함하는 증발기; 및
    상기 증발기와 유체를 입출하는 냉매 저장부를 포함하고,
    상기 냉매 저장부는 상기 다공성 매질에 공급되기 위한 액체 냉매를 저장하고, 상기 밀집부로부터 냉매를 받는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기는 상기 배터리 셀의 적어도 일면에 형성된 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기는 상기 냉매가 수신되는 제 1 포트, 상기 냉매가 방출되는 제 2 포트를 포함하고,
    상기 저장부는 컨덴서인 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밀집부는 상기 제 1 포트보다 제 2 포트에 인접한 부분이 더 넓은 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 증발기는 제 1 방향에서 상기 배터리 셀의 하부를 따라 연장되고,
    상기 제 1 포트 및 제 2 포트는 상기 제 1 방향에서 상기 증발기를 따라 이격되고,
    상기 증발기는 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향에서 연장되고, 상기 증발기는 상기 제 1 포트보다 제 2 포트에 인접한 영역에서 제 2 방향에서 더 길게 형성된 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다공성 물질은 상기 제 1 방향을 따라 상기 제 2 방향에서 동일한 길이로 연장된 배터리 팩.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀집부는 상기 제 2 방향에서 상기 제 1 포트에 인접한 부분 보다는 상기 제 2 포트에 인접한 부분에서 더 하부로 위치한 배터리 팩.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨덴서에 상기 제 2 포트로부터 액체 교환을 제공하는 회수 라인; 및
    상기 컨덴서로부터 제 1 포트에 액체 교환을 제공하는 공급 라인을 더 포함하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회수 라인의 직경(d2)은 상기 공급 라인의 직경(d1)에 비해 큰 배터리 팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회수 라인의 직경(d2)은 상기 공급 라인의 직경(d1)에 비해 1.5 내지 2배인 배터리 팩.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 포트와 회수 라인의 사이에 체크 밸브를 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨덴서는 상기 밀집부를 낮은 압력으로 유지하는 배터리 팩.
  14. 제 1 항에 있어서,
    배터리 셀을 위한 하우징을 더 포함하고,
    상기 증발기는 상기 하우징의 적어도 일측에 형성되고, 제 1 방향에서 상기 하우징을 따라 연장된 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 밀집부는 상기 증발기의 적어도 일측에 근접한 밀집 영역을 포함하고,
    상기 저장부는 상기 증발기의 하부에 근접하여 위치하며,
    상기 다공성 매질은 상기 저장부와 밀집부의 사이에서 제 1 방향에서 상기 증발기를 따라 연장되는 배터리 팩.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 증발기의 상부에 인접한 히트 싱크를 더 포함하는 배터리 팩.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 상기 증발기로부터 연장된 방열핀을 포함하는 배터리 팩.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 밀집 영역은 상기 증발기의 상부에 근접하여 형성되고,
    상기 밀집부는 상기 다공성 매질과 나란하게 연장되는 속이 빈 관을 더 포함하고, 상기 속이 빈 관은 상기 저장부 및 밀집 영역과 유체 교환을 하는 배터리 팩.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 속이 빈 관은 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향에서 상기 증발기의 가장자리에 위치한 배터리 팩.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀집부는 상기 속이 빈 관 및 밀집 영역의 사이에 체크 밸브를 더 포함하는 배터리 팩.
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