KR101658974B1 - 팩 하우징 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 장치가 자체적으로 구비되어 외부에 별도의 냉각 장치를 구비하지 않고도 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있는 팩 하우징 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지; 및 내부 공간이 형성되어 상기 이차 전지를 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 횡류팬이 구비된 팩 하우징을 포함한다.

Description

팩 하우징 및 이를 포함하는 배터리 팩{Pack housing and battery pack including the same}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 장치가 자체적으로 구비되어 외부에 별도의 냉각 장치를 구비하지 않고도 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차(하이브리드 자동차 포함)나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에 대한 이차 전지의 이용이 확대되고 있다. 특히, 중대형 장치의 경우 높은 용량 및 출력을 필요로 한다는 점에서, 이들에 적용되는 배터리 팩 내부에는 많은 수의 이차 전지가 서로 전기적으로 연결된 상태로 수납되어 있다.
그런데, 이처럼 중대형 장치에 이용되는 배터리 팩의 경우, 상당 수의 이차 전지가 다양한 구조로 포함되어 있기 때문에, 이차 전지의 사용 과정 중에 많은 열이 발생할 수 있다. 즉, 이차 전지는 전기 화학적 반응을 일으키며 충전이나 방전 과정을 수행하면서 열을 발생시킬 수 있는데, 중대형 배터리 팩의 경우 각 이차 전지에 의한 발열량이 합산되고, 다수의 이차 전지가 서로 좁은 공간에 밀집되어 있기 때문에 열 배출이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로, 중대형 배터리 팩일수록 사용 중 온도가 더욱 크게 증가할 수 있다.
뿐만 아니라, 전기 자동차와 같은 중대형 장치의 경우 실외에 놓여 있는 경우가 많은데, 여름철과 같은 기후적 조건에 따라 고온에 노출될 상황이 많을 수 있다.
이처럼 이차 전지의 발열이나 외부 온도 등 여러 가지 요소로 인해 배터리 팩의 내부 온도가 높아지면, 내부에 수납된 이차 전지의 온도가 적정 온도보다 높아질 수 있다. 그리고, 이러한 이차 전지의 온도 상승은, 이차 전지의 성능을 저하시킬 수 있고, 심한 경우 발열이나 폭발을 일으킬 수도 있다.
그러므로, 중대형 장치에 이용되는 배터리 팩일수록 배터리 팩의 온도 상승을 억제하는 문제가 중요한 이슈 중 하나로 부각되고 있으며, 이를 위해 다양한 노력이 시도되고 있다. 대표적으로는, 배터리 팩의 외부에 블로워 모듈 및 덕트와 같은 냉각 장치를 구비하여, 배터리 팩으로 공기가 공급되도록 함으로써 배터리 팩의 온도를 낮추는 기술을 들 수 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 배터리 팩 냉각 기술에 의하면, 블로워 모듈과 같은 냉각 장치의 부피가 커서 이를 위한 상당한 공간이 필요하다는 문제가 있다. 특히, 전기 자동차에 배터리 팩을 장착하는 경우, 배터리 팩 이외에 블로워 모듈이나 덕트 등의 장착 공간을 별도로 마련해야 하므로, 전기 자동차의 각종 장치의 배치에 어려움이 있고 자동차의 소형화에 장애가 될 수 있다.
뿐만 아니라, 블로워 모듈과 같은 종래의 배터리 팩 냉각 장치는, 자체의 크기로 인해 배터리 팩 내부로 도입되기가 어려우며, 이로 인해 배터리 팩 내부의 온도를 낮추는데 효과적이지 못하다는 문제점이 있다. 만일, 블로워 모듈 등을 배터리 팩 내부로 도입하고자 하는 경우, 이들이 차지하는 공간을 줄이기 위해 그 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 냉각 효율이 제대로 확보되지 못하므로 그 구현이 쉽지 않다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩 외부에 블로워 모듈과 같은 냉각 장치를 구비하지 않고도 냉각 성능이 확보될 수 있는 배터리 팩 및 이에 사용되는 팩 하우징을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지; 및 내부 공간이 형성되어 상기 이차 전지를 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 횡류팬이 구비된 팩 하우징을 포함한다.
바람직하게는, 상기 횡류팬은, 상기 팩 하우징의 내부 공간에 위치한다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 상기 팩 하우징의 유입구 측 및 유출구 측 중 적어도 하나에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 수평 방향 또는 수직 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 유출구는 수평 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되고, 상기 횡류팬은 상기 유출구의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성되어 상기 유출구 측에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 유입구는 수평 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되고, 상기 횡류팬은 상기 유입구의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성되어 상기 유입구 측에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 팩 하우징의 내부 공간 중 상기 이차 전지의 상부에 위치한다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 흡입구가 하부에 위치하고 토출구가 측면부에 위치하여, 상기 유출구 측에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 흡입구가 측면부에 위치하고 토출구가 하부에 위치하여, 상기 유입구 측에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 이차 전지는 복수로 포함되며, 상기 복수의 이차 전지는 상기 횡류팬에 의한 유체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배열된다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬은, 상기 이차 전지로부터 작동 전원을 공급받는다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 팩 하우징은, 하나 이상의 이차 전지를 내부 공간에 수용하는 배터리 팩 하우징으로서, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되고, 횡류팬을 구비한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩 내부에 횡류팬이 구비되어, 배터리 팩 내외부 간 유체의 유출입이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩 내부의 열이 배터리 팩 외부로 보다 신속하게 배출되어, 배터리 팩의 온도가 효과적으로 감소되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 길고 좁은 횡류팬의 형태적 특성상, 배터리 팩의 내부 공간에 위치시키는 것이 용이하며, 배터리 팩의 소형화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩에 자체적으로 냉각 성능이 확보될 수 있도록 하는 냉각 장치가 구비되어 있으므로, 블로워 모듈과 같은 냉각 장치를 배터리 팩 외부에 별도로 구비하지 않아도 된다.
그러므로, 배터리 팩이 장착되는 장치, 이를테면 전기 자동차 등에 있어서, 배터리 팩 외부에서 이러한 블로워 모듈 등이 차지하는 공간으로 인한 부피 증가를 막을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 내부에 구비된 횡류팬으로 인해 배터리 팩 내부의 열이 외부로 보다 쉽게 배출될 수 있으므로, 배터리 팩 외부로 공기와 같은 냉각 매체를 공급하여 배터리 팩을 냉각하는 방식에 비해 냉각 효율이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이다.
도 2는, 도 1의 배터리 팩을 정면에서 바라본 형태의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이다. 도 2는, 도 1의 배터리 팩을 정면에서 바라본 형태의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이차 전지(100) 및 팩 하우징(200)을 포함한다.
상기 이차 전지(100)는, 전극 조립체, 전해액 및 외장재를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체는 다수의 양극판 및 음극판이 적층된 상태로 외장재에 수납되거나, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 상태로 외장재에 수납될 수 있다. 전극 조립체의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 전극판들에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있고, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 형성될 수 있다. 이러한 전극 탭, 즉 양극 탭과 음극 탭은 각각 양극판과 음극판에 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다. 이러한 양극 탭 또는 음극 탭은 양극판 또는 음극판에 부착되는 형태로 돌출되게 형성될 수 있으며, 각각 양극 집전체 또는 음극 집전체와 동일 재질로 구성될 수 있다.
또한, 외장재는 금속성 캔 재질로 구성되거나 알루미늄 파우치 재질로 구성될 수 있다. 통상적으로, 금속성 캔 재질로 구성된 이차 전지는 캔형 이차 전지로 분류되고, 알루미늄 파우치 재질로 구성된 이차 전지는 파우치형 이차 전지로 분류된다. 도면에서는 파우치형 이차 전지가 도시되어 있으나, 본 발명에 있어서, 배터리 팩에 포함되는 이차 전지는 파우치형 이차 전지나 금속성 이차 전지 모두 포함될 수 있다.
상기 이차 전지(100)는, 배터리 팩에 하나 이상 포함될 수 있다. 특히, 중대형 배터리 팩의 경우 용량 및 출력 향상을 위해 다수의 이차 전지(100)를 포함하는 것이 좋다. 이 경우, 다수의 이차 전지(100)는 상호 간 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 다수의 이차 전지(100)는, 이차 전지(100) 단위로 배터리 팩에 포함되거나 배터리 모듈 단위로 포함될 수도 있다. 배터리 모듈 단위로 포함되는 경우, 배터리 팩에는 다수의 배터리 모듈이 포함되어 상호 간 전기적으로 연결될 수 있고, 각각의 배터리 모듈은 각각의 케이스 내부에 다수의 이차 전지(100)를 포함하여 서로 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
상기 팩 하우징(200)은, 내부에 빈 공간, 즉 내부 공간이 형성되어 있으며, 이러한 내부 공간에 이차 전지(100)를 수용한다. 이러한 팩 하우징(200)은, 배터리 팩의 케이스로서 팩 단위를 구분 짓는 역할을 할 수 있으며, 내부에 수납된 이차 전지(100)를 외부의 충격 등 물리적, 화학적 위험 요소로부터 보호하는 기능을 할 수 있다.
상기 팩 하우징(200)은, 유입구(201) 및 유출구(202)가 형성될 수 있다. 여기서, 유입구(201)는 팩 하우징(200) 외부에 존재하는 유체, 특히 팩 하우징(200) 외부의 기체가 팩 하우징(200)의 내부 공간으로 유입될 수 있도록 하는 통로로서 기능할 수 있다. 또한, 유출구(202)는, 팩 하우징(200)의 내부 공간에 존재하는 유체가 팩 하우징(200)의 외부로 유출될 수 있도록 하는 통로로서 기능할 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구(201) 및 유출구(202)는 팩 하우징(200)의 상부에 형성될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 외부의 공기는 유입구(201)를 통해 화살표 A1으로 표시된 바와 같이 팩 하우징(200)의 내부 공간으로 유입될 수 있다. 그리고, 이와 같이 유입된 공기는 이차 전지(100) 사이를 통과하면서 이차 전지(100)와 열교환을 하게 된다. 그리고, 이차 전지(100) 사이를 통과한 공기는, 유출구(202)를 통해 화살표 A2로 표시된 바와 같이 팩 하우징(200)의 외부 공간으로 유출될 수 있다.
다만, 도 1 및 도 2의 구성에서는, 유입구(201) 및 유출구(202)가 팩 하우징(200)의 상부에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 형태에 불과할 뿐, 본 발명에 따른 팩 하우징(200)이 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유입구(201)는 팩 하우징(200)의 하부에 형성되고, 유출구(202)는 팩 하우징(200)의 상부에 형성될 수도 있다.
특히, 본 발명에 있어서, 상기 팩 하우징(200)은, 횡류팬(210)을 구비한다.
상기 횡류팬(210)은, 회전축을 중심으로 다수의 블레이드가 원형으로 배치된 형태로 구성될 수 있으며, 축방향과 수직인 방향으로 유체의 흐름이 발생한다.
바람직하게는, 상기 횡류팬(210)은, 작동을 위한 전원을 팩 하우징(200)의 내부 공간에 수납된 이차 전지(100)로부터 공급받을 수 있다. 팩 하우징(200)의 내부 공간에는 이차 전지(100)가 수납되어 있기 때문에, 횡류팬(210)이 작동하기 위한 전원 공급부를 별도로 구비하지 않고, 내부에 수납된 이차 전지(100)를 이용하여 횡류팬(210)으로 전원이 공급되도록 할 수 있다. 더욱이, 전기 자동차 등에 장착되는 중대형 배터리 팩의 경우 많은 수의 이차 전지(100)가 포함되어 있기 때문에, 횡류팬(210)이 작동할 수 있는 충분한 크기의 전력을 제공하는 것이 용이하다.
이처럼, 횡류팬(210)의 작동 전원을 이차 전지(100)로부터 공급받는 실시예의 경우, 횡류팬(210)은 내부 공간에 수납된 이차 전지(100)의 전극 단자와 연결되기 위한 연결 단자를 별도로 구비할 수 있다. 예를 들어, 팩 하우징(200)의 내부 공간에 다수의 이차 전지(100)가 포함되어 있고, 각각의 이차 전지(100)가 버스 바를 통해 서로 전기적으로 연결된 경우, 횡류팬(210)은 연결 단자를 구비하여 이러한 버스 바에 연결 단자가 접촉되도록 구성될 수 있다.
또한, 이와 같은 실시예의 경우, 횡류팬(210)은, 전원을 공급받기 위한 이차 전지(100)를 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 팩 하우징(200)의 내부 공간에 수납된 이차 전지(100)를 5개의 그룹으로 구분하고 그 중 하나의 그룹으로부터 작동 전원을 공급받는 경우, 상기 횡류팬(210)은 어떤 그룹으로부터 전원을 공급받을지를 결정하도록 구성될 수 있다.
이때, 횡류팬(210)은, 이차 전지(100)의 각 그룹으로부터 교대로 돌아가면서 전원이 공급되도록 할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 일부 이차 전지 그룹에 의해 계속적으로 전원이 공급되는 것을 방지하여, 배터리 팩에 포함된 각 이차 전지 그룹 간 밸런싱을 맞추고, 특정 그룹의 이차 전지가 상대적으로 빠르게 방전되는 것을 방지할 수 있다.
또는, 횡류팬(210)은, 각 이차 전지(100)의 충전 상태(SOC)를 고려하여 전원을 공급받기 위한 이차 전지(100)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예와 같이 5개의 이차 전지 그룹이 포함된 배터리 팩에서, 상기 횡류팬(210)은, 각 이차 전지 그룹의 충전 상태를 고려하여, 가장 충전 상태가 높은 이차 전지 그룹부터 작동 전원이 공급되도록 할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 각 이차 전지의 충전 상태에 대한 정보는, 배터리 팩에 포함된 BMS 등의 제어 장치로부터 전송받을 수 있다.
한편, 상기와 같이 팩 하우징(200) 내부 공간에 수용된 이차 전지(100) 중 일부 이차 전지(100)를 선택하여 작동 전원을 공급받는 경우, 횡류팬(210)은, 이차 전지(100)를 선택하기 위한 스위칭부를 구비할 수 있다.
다만, 상기 실시예에서는, 배터리 팩에 포함된 이차 전지(100)로부터 전원을 공급받는 구성이 설명되었으나, 횡류팬(210)은 이차 전지(100) 이외에 별도의 전원 공급 장치, 이를테면 상용 전원으로부터 전원을 공급받도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 횡류팬(210)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(200)의 내부 공간에 위치하는 것이 좋다. 횡류팬(210)은 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있기 때문에, 팩 하우징(200)의 내부 공간에 위치하는 것이 용이할 수 있다. 이처럼, 횡류팬(210)이 팩 하우징(200)의 내부에 위치하는 실시예에 의하면, 배터리 팩의 외부에 블로워 모듈과 같은 별도의 냉각 장치를 구비할 필요가 없다. 따라서, 이러한 블로워 모듈 등을 구비하기 위한 공간이나 장치 등을 별도로 마련할 필요가 없게 된다.
특히, 상기 횡류팬(210)은, 팩 하우징(200)의 내부 공간 중 이차 전지(100)의 상부에 위치할 수 있다. 팩 하우징(200)은, 컴팩트한 형태를 위해 내부 공간 중 대부분을 이차 전지(100)가 차지한다. 다만, 팩 하우징(200)은 상부에 약간의 공간이 마련되어, BMS(Battery Management System)와 같은 배터리 팩 보호 장치가 구비되도록 할 수 있는데, 이러한 상부 공간에 횡류팬(210)이 위치하도록 할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 횡류팬(210)이 내부 공간에 구비되도록 하면서도 팩 하우징(200)의 크기가 크게 증가하지 않아도 된다. 따라서, 배터리 팩의 냉각 효율 달성은 물론, 팩 하우징(200)의 소형화에 기여할 수 있다. 뿐만 아니라, 팩 하우징(200)의 내부 공간에서 상대적으로 고온의 기체는 상부 측에 위치하게 되는데, 상부에 횡류팬(210)이 위치하는 경우 이러한 고온의 공기를 보다 효과적으로 흡입하여 배출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 횡류팬(210)은, 팩 하우징(200)의 유입구(201) 측 및/또는 유출구(202) 측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 횡류팬(210)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(200)의 유출구(202) 측에 구비될 수 있다. 이 경우, 횡류팬(210)은 유체가 토출되는 토출구(212)가 유출구(202) 측과 대면하도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 횡류팬(210)은, 팩 하우징(200)의 유입구(201) 측에 구비될 수 있으며, 이 경우, 유체가 흡입되는 흡입구(211)가 유입구(201) 측과 대면하도록 설치될 수 있다. 뿐만 아니라, 횡류팬(210)은 팩 하우징(200)의 유입구(201) 및 유출구(202) 측에 모두 구비될 수도 있다.
또한 바람직하게는, 상기 횡류팬(210)은, 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 횡류팬(210)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 방향으로 길게 연장된 형태, 즉 도면을 기준으로 X 방향 길이 및 Y 방향 길이는 짧고, Z 방향 길이는 긴 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 횡류팬(210)은, 흡입구(211)와 토출구(212)가 이러한 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다.
이처럼, 횡류팬(210)이 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된 실시예에 의하면, 팩 하우징(200)의 내부 공간에서 이차 전지(100)와 횡류팬(210)의 배치 설계가 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에서, 팩 하우징(200)의 내부 공간에서 횡류팬(210)이 X 방향 및 Y 방향으로 차지하는 공간은 크지 않다. 따라서, 횡류팬(210)은 팩 하우징(200)의 내부에서 일측 공간에만 구비되어, 이로 인한 팩 하우징(200)의 크기 증가를 줄일 수 있다. 반면, 횡류팬(210)은 Z 방향으로 길게 구성됨으로써 송풍량이 충분히 확보되도록 할 수 있다. 이처럼, 수평 방향 또는 수직 방향의 일 방향으로 길게 연장된 형태의 횡류팬(210) 구성에 의하면, 공간을 많이 차지하지 않으면서도 송풍력이 높아지도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 실시예의 경우, 다수의 횡류팬(210)을 구비하지 않더라도, 팩 하우징(200) 내부의 전체 공간에 대한 커버가 가능하다. 예를 들어, 도면에서 Z 방향으로 길게 연장된 횡류팬(210)을 하나만 구비하면, 배터리 팩의 Z 방향 폭 전체에 대한 유체 흐름을 유도할 수 있다. 따라서, 다수의 횡류팬(210)을 구비하지 않아도 되므로, 다수의 팬을 작동시키기 위한 복잡한 제어 등이 필요 없게 된다.
팩 하우징(200)에 있어서, 상기 유출구(202)는 수평 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 횡류팬(210)은 이러한 유출구(202)의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(200)의 유출구(202)는 Z 방향으로 길게 연장된 형태로 하나 이상 형성될 수 있다. 그리고, 횡류팬(210)은 이러한 유출구(202)의 길이 방향에 상응되도록 Z 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다.
이처럼, 유출구(202) 측에 구비되는 경우, 상기 횡류팬(210)은, 흡입구(211)가 하부에 위치하고 토출구(212)가 측면부에 위치할 수 있다. 즉, 도 2를 기준으로, 횡류팬(210)의 흡입구(211)는 하부에 위치하고, 횡류팬(210)의 토출구(212)는 좌측면부에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 횡류팬(210)이 하부에 위치한 이차 전지(100) 사이를 통과하여 상승한 기체를 보다 용이하게 흡입할 수 있다. 따라서, 도 2에서 화살표 A2로 표시된 바와 같은 유출구(202)를 통한 유체의 배출 흐름이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. 따라서, 이 경우, 횡류팬(210)에 의한 팩 하우징(200)의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다.
한편, 팩 하우징(200)에 있어서, 이차 전지(100)는 용량 및/또는 출력을 증가시키기 위해 복수 개 포함되는 것이 좋다. 이 경우, 복수의 이차 전지(100)는 팩 하우징(200)의 내부에서 유체 흐름 방향에 수직인 방향으로 배열되는 것이 좋다. 즉, 도 2를 기준으로 설명하면, 유입구(201) 및 유출구(202)는 각각 팩 하우징(200)의 우측 및 좌측에 각각 구비될 수 있으며, 이 경우 횡류팬(210)의 작동에 의한 유체의 흐름 방향은 도면의 우측에서 좌측 방향, 다시 말해 X 방향과 평행한 방향이 될 수 있다. 이때, 복수의 이차 전지(100)는, 이러한 유체의 흐름 방향에 수직이 되는 방향, 이를테면 도 2에 도시된 바와 같이 Y 방향으로 적층되는 형태로 배열될 수 있다. 또한, Z 방향도, 상기 유체의 흐름 방향에 수직이 되는 방향이라 할 수 있으므로, 복수의 이차 전지(100) 배열 방향은 이러한 Z 방향으로 배열되도록 구성될 수 있다. 이처럼, 이차 전지 배열 방향이 유체 흐름 방향에 수직이 되도록 구성되는 실시예에 의하면, 이차 전지 사이의 공간에 의해 형성되는 유로의 방향과 유체의 흐름 방향이 일치하게 되므로, 유체의 흐름이 보다 원활하게 이루어져 횡류팬(210)에 의한 배터리 팩의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이다. 이하에서는, 도 3의 구성 중 앞선 도 1 내지 2의 구성에 대한 설명이 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 횡류팬(210)은 팩 하우징(200)의 유입구(201) 측에 구비될 수 있다. 이때, 팩 하우징(200)의 유입구(201)는, 도 1에 도시된 바와 마찬가지로, 수평 방향(Z 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 횡류팬(210)은 이러한 유입구(201)의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태, 즉 Z 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 횡류팬(210)은, 흡입구(211)가 측면부에 위치하고 토출구(212)가 하부에 위치하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 3의 실시예에서, 흡입구(211)는 우측면부에 위치하여 팩 하우징(200)의 유입구(201) 측에 대면하여 설치되고, 토출구(212)는 하부에 위치하도록 하여, 횡류팬(210)에 의한 유체의 흐름은 화살표 A1으로 표시된 바와 같이 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 유입구(201)를 통해 유입된 기체가 횡류팬(210)의 하부에 위치하는 이차 전지(100) 방향으로 원활하게 이동되도록 할 수 있다. 이처럼, 이차 전지(100) 측으로 유입된 기체는 이차 전지(100) 사이에 형성된 공간을 통해 흐르다가, 화살표 A2로 표시된 바와 같이 유출구(202)를 통해 팩 하우징(200)의 외부로 배출될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3의 구성에서는, 횡류팬(210)이 팩 하우징(200)의 유출구(202) 및 유입구(201) 중 어느 한쪽에만 구비된 형태가 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 횡류팬(210)은 팩 하우징(200)의 유입구(201)와 유출구(202) 측에 모두 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기한 이차 전지(100) 및 팩 하우징(200) 이외에도, BMS와 같은 배터리 팩 관리 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상술한 배터리 팩은, 다양한 장치에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩을 주 동력원으로 하여 주행하는 전기 자동차(하이브리드 자동차 포함)에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 상술한 바와 같은 배터리 팩을 포함한다.
이 밖에도 본 발명에 따른 배터리 팩은, 냉각 성능이 우수하여 전력 저장 장치 등 다른 다양한 장치에도 적용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과. 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 이차 전지
200: 팩 하우징
201: 유입구
202: 유출구
210: 횡류팬
211: 흡입구
212: 토출구

Claims (13)

  1. 하나 이상의 이차 전지; 및
    내부 공간이 형성되어 상기 이차 전지를 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 횡류팬이 구비된 팩 하우징
    을 포함하며,
    상기 횡류팬은, 상기 팩 하우징의 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있게 상기 팩 하우징의 내부 공간에만 위치하며, 상기 이차 전지의 상부와 상기 팩 하우징의 상측 내벽 사이에 배치되며, 상기 팩 하우징의 내부에서 일측 공간에만 구비될 수 있게 상기 팩 하우징의 상측 내벽의 폭 방향을 길게 형성되어 상기 팩 하우징의 적어도 일측면의 내벽 가까이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 횡류팬은, 상기 팩 하우징의 유입구 측 및 유출구 측 중 적어도 하나에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 횡류팬은, 수평 방향 또는 수직 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유출구는 수평 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되고, 상기 횡류팬은 상기 유출구의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성되어 상기 유출구 측에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유입구는 수평 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되고, 상기 횡류팬은 상기 유입구의 길이 방향을 따라 길게 연장된 형태로 형성되어 상기 유입구 측에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 횡류팬은, 흡입구가 하부에 위치하고 토출구가 측면부에 위치하여, 상기 유출구 측에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 횡류팬은, 흡입구가 측면부에 위치하고 토출구가 하부에 위치하여, 상기 유입구 측에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는 복수로 포함되며, 상기 복수의 이차 전지는 상기 횡류팬에 의한 유체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 횡류팬은, 상기 이차 전지로부터 작동 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  13. 삭제
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