KR102035029B1 - 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 양극탭 및 음극탭이 노출되는 복수개의 배터리셀이 적층되며, 상기 배터리셀의 양극탭 및 음극탭을 이웃하는 배터리셀의 양극탭 및 음극탭과 직렬 또는 병렬로 연결되는 배터리 모듈에 있어서, 상기 배터리셀을 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 카트리지 히터, 상기 배터리셀의 사이에 각각 개재되고, 적어도 하나 이상의 상기 카트리지 히터를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 히터수용부를 포함하는 적어도 하나 이상의 파티션, 상기 배터리셀과 상기 파티션 사이에 위치하여, 상기 카트리지 히터의 열에너지를 상기 배터리셀로 전달하는 역할을 하는 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈{Battery Module having Cartridge Heater}
본 발명은 배터리모듈에 관한 것으로서, 카트리지 히터를 이용하여 배터리 모듈을 가열하는 카트리지 히터를 포함하는 배터리모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리셀을 전기적으로 연결한 배터리모듈이 사용된다.
배터리모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 배터리모듈의 배터리셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 배터리모듈을 구성하는 배터리셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 배터리모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 배터리셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 배터리모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 배터리모듈 다수 개를 포함하고 고출력 대용량의 전지인 차량용 중대형 배터리팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리셀들을 냉각시키는 냉각시스템이 필요하다.
또한, 배터리모듈은 온도가 낮아질수록 내부저항이 급격히 증가하고, 그 용량이 감소하여 출력이 저하되며, 특히 0℃ 이하의 저온에서는 실온에 비하여 절반 이상 그 용량이 감소하는 문제가 있다.
이러한 문제를 개선하기 위하여, 종래 배터리모듈의 온도 저하를 방지하기 위해 배터리 외부에 PCT 히터를 장착한 방열판과 단열 보온재를 설치하고, 상기 배터리모듈의 전원을 이용하여 PCT 히터를 구동하여 상기 배터리를 가열하도록 한 배터리모듈 가열장치가 개시된 바가 있다.
이는, 구조가 복잡하고, 배터리모듈의 전월을 이용하여 PCT 히터를 구동하기 때문에 배터리의 출력을 원하는 수준으로 상승시키기 어려운 문제가 있었다.
한국공개특허 10-2011-0062276
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고, 관리가 쉬운 배터리 모듈을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈은, 양극탭 및 음극탭이 노출되는 복수개의 배터리셀이 적층되며, 상기 배터리셀의 양극탭 및 음극탭을 이웃하는 배터리셀의 양극탭 및 음극탭과 직렬 또는 병렬로 연결되는 배터리 모듈에 있어서, 상기 배터리셀을 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 카트리지 히터, 상기 배터리셀의 사이에 각각 개재되고, 적어도 하나 이상의 상기 카트리지 히터를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 히터수용부를 포함하는 적어도 하나 이상의 파티션, 상기 배터리셀과 상기 파티션 사이에 위치하여, 상기 카트리지 히터의 열에너지를 상기 배터리셀로 전달하는 역할을 하는 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히터수용부는 상기 파티션의 상기 복수개 적층된 배터리셀의 적층방향과 수직방향으로 천공되며, 상기 파티션의 양측부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패널은 판형으로 제작되고, 적어도 하나의 측부가 상기 히터수용부에 위치하여, 상기 카트리지 히터와 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파티션은 상기 배터리셀의 측부와 일정거리 이격되어 길이방향으로 히터수용홈이 형성되며, 상기 파티션은 인접한 파티션이 적층될 경우 상기 히터수용홈이 서로 연결되어 제2 히터수용부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패널은 상기 패널은 상기 파티션의 상부 또는 하부를 동일한 형상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파티션은 상기 배터리셀 사이에 유체가 통과할 수 있는 냉각홀이 천공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패널은 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 양극탭 및 음극탭이 노출되는 복수개의 배터리셀이 적층되어 형성되는 배터리 모듈에 있어서, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리셀을 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 카트리지 히터; 상기 배터리셀의 사이에 개재되고, 일측 또는 양측에 상기 카트리지 히터가 수용되는 히터수용부가 형성되는 적어도 하나 이상의 파티션; 일단이 상기 파티션의 일측 또는 양측에 수용된 카트리지 히터와 열적으로 연결되어 상기 카트리지 히터의 열에너지를 상기 배터리셀로 전달하는 패널;을 포함하되, 상기 배터리셀 사이에 개재되는 파티션은 유체가 통과할 수 있는 냉각홀이 천공되어 형성되고, 상기 패널은 상기 파티션과 배터리셀 사이에 면접하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파티션에는 상기 배터리셀의 측부와 일정거리 이격되어 상기 배터리셀의 적층방향에 대해 수직으로 연장된 히터수용홈이 형성되며, 인접한 파티션의 적층에 의해 상기 히터수용홈이 서로 연결되어 제2 히터수용부를 형성하고, 상기 패널은 상기 파티션의 외면과 동일한 형상으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카트리지 히터를 포함하는 배터리모듈은 카트리지 히터를 단순 삽입하는 방식으로 배터리모듈을 조립하여 구조가 간단하고, 고장 및 관리가 필요한 부분의 히터만 단순 교체함으로서 관리가 간편한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈 사시도 및 부분확대도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 사시도 및 부분확대도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 분해도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션 평면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션을 포함하는 배터리모듈 사시도 및 부분확대도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 사시도이다.
도 1을 이용하여, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(10)에 대해서 전체적인 형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(10)은 적어도 하나 이상의 배터리셀(200), 적어도 하나 이상의 카트리지히터(300), 적어도 하나 이상의 파티션(100), 패널(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리셀(200)은 양극탭 및 음극탭이 노출되며, 상기 배터리셀(200)은 복수개가 위치할 경우 이웃하는 배터리셀(200)의 양극탭 및 음극탭과 직렬 또는 병렬로 연결된다.
상기 카트리지히터(300)는 상기 배터리셀(200)을 가열하기 위해서, 후술되는 히터수용부(111,121)에 안착된다. 또한, 상기 카트리지히터(300)는 상기 배터리셀(200)에서 전기에너지를 공급받을 수 있으나, 이에 한정되지 않고 외부의 전원부를 별도로 구비하여 외부의 전원부로부터 전기에너지를 공급받을 수 있다.
상기 파티션(100)은 상기 배터리셀(200)의 사이에 각각 개재되고, 적어도 하나 이상의 상기 카트리지 히터(300)를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 히터수용부(111,121)를 포함한다.
상기 패널(400)은 상기 배터리셀(200)과 상기 파티션(100) 사이에 위치하여, 상기 카트리지히터(300)의 열에너지를 상기 배터리셀(200)로 전달한다.
이때, 상기 패널(400)은 알루미늄으로 제작되어, 가볍고, 가공하기 쉬우며, 열전도율이 높은 것을 특징으로 한다. 하지만, 상기 패널(400)은 알루미늄으로 한정하는 것이 아니라, 열전도율이 높은 금속으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 배터리모듈(10)은 상기 배터리셀(200)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 사시도 및 부분확대도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 평면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션 분해도이다.
도 2 내지 도 4를 이용하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파티션의 형태와 구조에 대해서 상세히 설명한다.
이하, 상기 제1 실시예에 따른 파티션을 제1 파티션(110)이라 명명한다.
상기 제1 파티션(110)은 적어도 하나 이상의 제1 배터리안착부(113), 적어도 하나 이상의 제1 히터수용부(111), 적어도 하나 이상의 제1 패널(410)을 포함한다.
상기 제1 배터리안착부(113)는 배터리셀이 안착되기 위한 공간으로서, 일반적으로 상기 제1 파티션(110)의 상부면 또는 하부면에 양측부보다 단차지게 공간이 형성되어 배터리셀(200)이 안착된다.
좀 더 상세하게는, 상기 제1 파티션(110)은 상부면과 하부면에 상기 제1 배터리안착부(113)가 형성되어, 상기 배터리셀(200) 사이에 개재된다. 이때, 최외측에 위치하는 상기 제1 파티션(110)은 상부면 또는 하부면 중 하나의 면에 상기 제1 배터리안착부(113)가 형성된다. 즉, 최상부에 위치하는 제1 파티션(110)은 하부면에 상기 제1 배터리안착부(113)가 형성되며, 최하부에 위치하는 제1 파티션(110)은 상부면에 상기 제1 배터리 안착부(113)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 파티션(110)은 상기 카트리지 히터(300)를 수용하기 위한 제1 히터수용부(111)를 포함한다.
상기 제1 히터수용부(111)는 상기 배터리셀(200)이 안착되는 상기 제1 배터리안착부(113)의 인접한 부분에 형성되어, 상기 카트리지히터(300)에서 발생하는 열에너지를 효율적으로 상기 배터리셀(200)로 전달하는 것이 바람직하다.
좀 더 상세하게는, 상기 제1 히터수용부(111)는 상기 배터리셀(200)이 적층방향과 수직방향으로 천공되며, 상기 제1 파티션(110)의 양측부에 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 패널(410)은 상기 제1 히터수용부(111)에 적어도 하나의 측부가 삽입되며, 상기 제1 히터수용부(111)에 삽입되는 상기 카트리지히터(300)와 접촉된다. 또한, 상기 제1 패널(410)은 상기 제1 파티션(110)의 상ㅇ하면에 각각 위치하는 것이 바람직하나, 최상부 또는 최하부에 위치하는 제1 파티션(110)은 상기 배터리셀(200)이 위치하는 면에만 제1 패널(410)이 위치하는 것이 바람직하다.
상기 제1 파티션(110)은 상기 배터리셀(200)이 안착되는 부분과 인접한 부분에 냉각된 유체가 통과할 수 있는 제1 냉각홀(112)이 천공되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1 파티션(110)은 상기 배터리셀(200)이 일정온도 이상으로 가열될 경우, 상기 제1 냉각홀(112)로 냉각유체가 유입되어 상기 배터리셀(200)을 냉각할 수 있으며, 상기 배터리셀(200)이 일정온도 이하로 냉각될 경우, 상기 카트리지 히터(300)를 가열하여 상기 제1 패널(410)을 통해 상기 배터리셀(200)로 열에너지를 전달하여 상기 배터리셀(200)을 가열할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션을 포함하는 배터리모듈 사시도 및 부분확대도이다.
도 5 내지 도 6을 이용하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 파티션의 형태와 구조에 대해서 상세히 설명한다.
이하, 상기 제2 실시예에 따른 파티션을 제2 파티션(120)이라 명명한다.
상기 제2 파티션(120)은 적어도 하나 이상의 제2 배터리안착부(123), 적어도 하나 이상의 제2 히터수용부(121), 및 적어도 하나 이상의 제2 패널(420)을 포함한다.
상기 제2 배터리안착부(123)는 상기 배터리셀(200)이 안착되기 위한 공간으로서, 일반적으로 상기 제2 파티션(120)의 상부면 또는 하부면에 양측부보다 단차지게 공간이 형성되어 상기 배터리셀(200)이 안착된다.
좀 더 상세하게는, 상기 제2 파티션(120)은 상부면과 하부면에 상기 제2 배터리안착부(123)가 형성되어, 상기 배터리셀(200) 사이에 개재된다. 이때, 최외측에 위치하는 상기 제2 파티션(120)은 상부면 또는 하부면 중 하나의 면에 상기 제2 배터리안착부(123)가 형성된다. 즉, 최상부에 위치하는 제2 파티션(120)은 하부면에 상기 제2 배터리안착부(123)가 형성되며, 최하부에 위치하는 제2 파티션(20)은 상부면에 상기 제2 배터리안착부(123)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 파티션(120)은 상기 카트리지히터(300)를 수용하기 위한 히터수용홈(124)을 포함한다.
상기 히터수용홈(124)은 상기 배터리셀(200)이 안착되는 제2 배터리안착부(123)에 인접한 부분에 형성되어, 상기 카트리지히터(300)에서 발생하는 열에너지를 효율적으로 상기 배터리셀(200)로 전달하는 것이 바람직하다.
상기 히터수용홈(124)은 상기 배터리셀(200)이 적층방향과 수직방향으로 홈이 형성된다. 또한, 상기 히터수용홈(124)은 상기 제2 파티션(120)의 상부면과 하부면의 양측부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 히터수용홈(124)은 상기 제2 파티션(120)이 적층되었을 경우, 인접한 히터수용홈(124)과 연결되어 하나의 제2 히터수용부(121)를 형성한다. 좀 더 상세하게는 상기 제2 파티션(120)의 하부면에 형성된 히터수용홈(124)과 상기 제2 파티션(120)의 인접한 제2 파티션(120)의 상부면에 형성된 히터수용홈(124)이 연결되어 하나의 제2 히터수용부(121)를 형성한다. 즉, 상기 배터리모듈(10)은 상기 제2 파티션(120)을 적층함으로서, 상기 제2 히터수용부(121)가 형성되며, 상기 제2 히터수용부(121)에 상기 카트리지히터(300)를 삽입한다. 이를 위해서, 상기 제2 파티션(120)의 상부면과 하부면에 형성되는 상기 히터수용홈(124)은 대응되게 형성되는 것은 당연하다.
상기 제2 패널(420)은 상기 제2 파티션(120)의 하부면 또는 상부면의 형상과 동일한 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 최상부 또는 최하부에 위치하는 제2 파티션(120)은 상기 배터리셀(200)이 위치하는 면에만 제2 패널(420)이 위치하는 것이 바람직하다.
상기 제2 파티션(120)은 상기 배터리셀(200)이 안착되는 부분과 인접한 부분에 냉각된 유체가 통과할 수 있는 제2 냉각홀(122)이 천공되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제2 파티션(120)은 상기 배터리셀(200)이 일정온도 이상으로 가열될 경우, 상기 제2 냉각홀(122)로 냉각유체가 유입되어 상기 배터리셀(200)을 냉각할 수 있으며, 상기 배터리셀(200)이 일정온도 이하로 냉각될 경우, 상기 카트리지 히터(300)를 가열하여 상기 제2 패널(120)을 통해 상기 배터리셀(200)로 열에너지를 전달하여 상기 배터리셀(200)을 가열할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 배터리모듈
100 : 파티션
110 : 제1 파티션 111 : 제1 히터수용부
112 : 제1 냉각홀 113 : 제1 배터리안착부
120 : 제2 파티션 121 : 제2 히터수용부
122 : 제2 냉각홀 123 : 제2 배터리안착부
124 : 히터수용홈
200 : 배터리셀
300 : 카트리지 히터
400 : 패널
410 : 제1 패널 420 : 제2 패널

Claims (7)

  1. 양극탭 및 음극탭이 노출되는 복수개의 배터리셀이 적층되어 형성되는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 배터리셀을 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 카트리지 히터;
    상기 배터리셀의 사이에 개재되고, 일측 또는 양측에 상기 카트리지 히터가 수용되는 히터수용부가 형성되는 적어도 하나 이상의 파티션;
    일단이 상기 파티션의 일측 또는 양측에 수용된 카트리지 히터와 열적으로 연결되어 상기 카트리지 히터의 열에너지를 상기 배터리셀로 전달하는 패널;을 포함하되,
    상기 배터리셀 사이에 개재되는 파티션은 유체가 통과할 수 있는 냉각홀이 천공되어 형성되고,
    상기 패널은 상기 파티션과 배터리셀 사이에 면접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히터수용부는 상기 파티션의 상기 배터리셀의 적층방향에 대해 수직방향으로 천공되는 제1 히터수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 패널은 판형으로 제작되고, 적어도 하나의 측부가 상기 히터수용부에 위치하여, 상기 카트리지 히터와 밀착되는 것을 특징으로 하는 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파티션에는 상기 배터리셀의 측부와 일정거리 이격되어 상기 배터리셀의 적층방향에 대해 수직으로 연장된 히터수용홈이 형성되며,
    인접한 파티션의 적층에 의해 상기 히터수용홈이 서로 연결되어 제2 히터수용부를 형성하고,
    상기 패널은 상기 파티션의 외면과 동일한 형상으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 카트리지 히터를 포함하는 배터리 모듈.
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  7. 삭제
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