KR102307906B1 - 방열구조를 갖는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열구조를 갖는 배터리 팩에 관한 것으로, 상기 배터리 팩은 전지 케이스; 상기 전지 케이스 내에 배치되는 각각 제 1 방향으로 연장된 복수의 전지들; 및 전지와 이웃한 전지 사이에 개재되어 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재를 포함하고, 상기 방열 부재는 전지들의 양 단부를 고정시킬 수 있는 한 쌍의 홀더, 상기 한 쌍의 홀더 사이에서 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부, 및 상기 홀더 및 연결부의 사이에 형성된 방열룸의 역할을 하는 공간부가 구비되어 있으며, 상기 공간부에 모아지는 뜨거운 공기를 모으고 열전도성 소재로 형성된 방열 부재의 홀더를 통해 열을 방출시킴으로써 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

Description

방열구조를 갖는 배터리 팩{Battery Pack Having Heat Radiation Structure}
본 발명은 방열구조를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리의 전지가 고용량 및 고출력화됨에 따라서 온도 상승으로 인한 문제가 자주 발생하고 있다.
기존에는 전지 홀더에 홀을 형성시키는 것으로 방열을 하고 있지만, 그것 만으로는 원하는 방열 효과를 얻을 수 없다.
이에 본 발명자들은 방열을 극대화할 수 있는 구조를 연구하면서, 전지와 전지 사이에 방열 부재를 개재시키고, 이로 인하여 형성된 방열룸에서 뜨거운 공기를 모아 이를 밖으로 빠져나가게 함에 따라 전지의 높은 온도를 낮춰 수명을 연장할 수 있음을 밝히고 본 발명을 완성하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열구조를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
전지 케이스;
상기 전지 케이스 내에 배치되는 복수의 전지들, - 여기서 상기 복수의 전지들은 각각 제1 방향으로 연장함. -; 및
전지와 이웃한 전지 사이에 개재되어 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재를 포함하고,
상기 방열 부재는 전지들의 양 단부를 고정시킬 수 있는 한 쌍의 홀더, 상기 한 쌍의 홀더 사이에서 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부, 및 상기 한 쌍의 홀더 및 상기 한 쌍의 연결부의 사이에 형성된 방열룸의 역할을 하는 공간부가 구비되어 있는 것인 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 방열 부재의 한 쌍의 홀더는 전지들의 일단부와 접촉하여 고정시키는 제 1 홀더 및 전지들의 타단부와 접촉하여 고정시키는 제 2 홀더를 포함한다.
상기 한 쌍의 홀더는 상기 제 1 방향으로 수직하는 제 2 방향으로 연장하는 I-자형이고, 전지들의 양단부에 밀착할 수 있도록 전지의 형태에 따라 I-자형의 좌우는 곡선 형태 또는 직각 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 방열 부재의 한 쌍의 연결부는 전지와 접촉하지 않으면서 한 쌍의 홀더를 연결하는 연결부로서, 단면이 사각형 또는 삼각형의 막대 형태일 수 있다.
또한, 상기 방열 부재의 공간부는 전지와 접촉하여 전지를 고정하는 한 쌍의 홀더와 전지와 접촉하지 않으면서 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부에 의해 형성되며, 이곳에서 열을 모아 방열 부재의 홀더를 통해 외부로 방열시킨다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 방열 부재의 한 쌍의 홀더에는 공간부로부터 외부로 향하여 형성된 방열홀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 방열 부재의 홀더는 열전도성 소재로 형성되며, 구체적으로 상기 열전도성 소재로는 애노다이징 처리된 알루미늄인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 전지 케이스의 전면 또는 배면에 배치되어 상기 전지들을 서로 전기적으로 연결시키는 리드 플레이트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 복수의 전지들은 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 발명에 따른 방열 구조를 갖는 배터리 팩은 배터리 팩 안에 형성된 방열룸을 통해 뜨거운 공기를 모으고 열전도성 소재로 형성된 방열 부재의 홀더를 통해 열을 방출시킴으로써 배터리의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지와 전지 사이에 방열 부재가 구비된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지와 전지 사이에 방열 부재가 구비된 상태는 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지와 전지 사이에 방열 부재가 구비된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도시된 배터리 팩은 전지 케이스(100)와, 상기 전지 케이스(100)에 수납되는 각각 제1 방향으로 연장된 복수의 전지들(110), 상기 전지와 전지 사이에 개재되어 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재(120)들을 포함한다.
상기 전지 케이스(100)는 상기 전지 케이스에 수납되는 전지의 개수 또는 형태에 따라 그 형태가 다양하게 변경될 수 있으며, 도 1에 도시되어 있는 전지 케이스(100)은 2개의 원통형 전지가 수납되어지는 것으로, 단면이 타원형인 통의 형태이다.
상기 전지 케이스(100)는 단일 부재로 형성될 수 있으며, 또는 서로 대칭을 이루는 상부 전지 케이스와 하부 전지 케이스가 서로에 대해 마주하여 조립된 형태일 수 있다. 이 경우 체결부분은 서로 끼워 맞춰질 수 있도록 상보적인 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 전지 케이스(100)의 소재는 이 분야에 사용되는 일반적인 소재로 형성될 수 있지만, 열전도성이 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전지 케이스(100)에 수납되는 각각 제 1 방향으로 연장되는 복수의 전지들(110)로서는 충방전이 가능한 이차전지가 모두 고려될 수 있으며, 예를 들어, 출력 및 용량 면에서 유리한 리튬이온 이차전지가 사용될 수 있다. 이외에, 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬 전지 등이 모두 적용될 수 있다. 상기 전지(110)들은 1000mA 이상, 예를 들어, 1800mA의 대전류로 충전되거나 방전을 수행한다. 충방전에 수반되는 온도상승 및 열화 내지 오작동을 막기 위해 제안된 방열 부재에 의하면, 각 전지(110)로부터 생성된 열은 방열룸에 모아져서 공기흐름을 통해 외부로 방출된다.
상기 전지 케이스(100)에는 한 쌍의 전지(110)가 각각 제 1 방향으로 연장되어 수납되며, 한 쌍의 전지(110) 사이에는 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재(120)가 개재된다.
상기 방열 부재(120)은 전지들(110)의 양 단부를 고정시킬 수 있는 한 쌍의 홀더(121a, 121b), 상기 한 쌍의 홀더 사이에서 상기 제 1 방향으로 연장하며 상기 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부(122a, 122b), 및 상기 홀더 및 연결부의 사이에 형성된 방열룸의 역할을 하는 공간부(123)가 구비되어 있다.
상기 방열 부재(120)은 방열 부재(120)이 개재되는 전지들(110)의 형태에 따라서 한 쌍의 홀더(121a, 121b)와 한 쌍의 연결부(122a, 122b)의 형태가 다양하게 변경될 수 있으며, 도 1에는 원통형의 한 쌍의 전지(110)이 수납되어 있으며, 이에 따라서, 방열 부재(120)의 한 쌍의 홀더(121)는 각각 I-자형의 형태를 취한다. 여기서, 한 쌍의 홀더(121a, 121b)은 전지들의 일단부와 접촉하여 고정시키는 제 1 홀더(121a)와 전지들의 타단부와 접촉하여 고정시키는 제 2 홀더(121b)를 포함한다.
상기 한 쌍의 홀더(121a, 121b)는 상기 제 1 방향으로 수직하는 제 2 방향으로 연장하는 I-자형이고, I-자형의 일단부 및 타단부는 사각형 또는 원형의 평판의 형태이고, 중간부는 전지들의 양단부에 밀착할 수 있도록 전지의 형태에 따라 곡선의 형태 또는 직각 형태을 가질 수 있으며, 도 1에 도시된 바에 따르면, 중간부는 곡선의 형태를 가지며, 이에 따라서 도 2에서 보여지는 바와 같이 상기 한쌍의 홀더(121a, 121b)의 일단부 및 타탄부가 전지와 동일 평면상에 배치되어진다. 상기 한 쌍의 홀더(121a, 121b)가 좌우로 전지와 접촉하면서 전지를 고정시키게 된다.
상기 한 쌍의 홀더(121a, 121b)을 연결하는 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 마찬가지로 방열 부재(120)이 개재되는 전지(110)의 형태에 따라서 형태가 변경될 수 있으며, 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 단면이 사각형 또는 삼각형의 막대형태인 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바에 따르면 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 단면이 삼각형인 막대형태를 갖는다. 여기서, 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 상기 한 쌍의 홀더의 일단부를 연결하는 제 1 연결부(122a) 및 타단부를 연결하는 제 2 연결부(122b)를 갖는다. 상기 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 전지와 접촉되지 않는 구조이다.
상기 한 쌍의 홀더(121a, 121b)과 상기 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 기계적인 체결방식을 통해 체결될 수 있으며, 또는 용접과 같은 방식으로 체결될 수 있으며, 또는 일체로 형성시킬 수도 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바에 따르면, 한 쌍의 연결부(122a, 122b)는 각각이 한 쌍의 홀더(121a, 121b)를 관통하여 체결되어지고 있다.
상기 한 쌍의 홀더(121a, 121b)과 상기 한 쌍의 연결부(122a, 122b)에 의해 전지가 양쪽으로 수납되어짐에 따라서, 그 안에 공간부(123)이 형성되어지며, 이 부분은 방열룸으로서 역할을 하며, 이곳에 각 전지(110)로부터 생성된 열이 모아지고, 공기흐름을 통해 한 쌍의 홀더(121a, 121b)을 통해 외부로 방출된다.
이에 따라서, 상기 홀더(121a, 121b)는 열전도성이 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 열전도성이 좋은 소재로는 임의의 모든 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 애노다이징 처리된 알루미늄인 것이 바람직하다.
상기 도 1 내지 3에서는 한 쌍의 전지가 전지 케이스에 수납된 배터리 팩을 도시하고 있지만, 도 4에서 도시된 바와 같이, 전지 케이스(100)에 복수개의 전지(110)가 다층으로 구비되어지는 배터리 팩에도 방열부재(120)가 전지와 전지 사이에 개재되어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전지 케이스의 전면 또는 배면에 배치되어 상기 전지들을 서로 전기적으로 연결시키는 리드 플레이트(130)을 포함한다. 구체적으로 복수의 전지(110)들은 전지 케이스(100)에 정의된 셀(S) 위치에 대응하여 규칙적인 위치에 조립되고, 전지 케이스(100)의 외측에는 내장된 복수의 전지들을 직렬/병렬상태로 연결해주는 리드플레이트(130)가 배치되어 있다.
상기 리드 플레이트(130)는 전지 양단의 단부 전극들을 서로 직렬/병렬 상태로 연결해준다. 예를 들어, 상기 리드 플레이트(130)는 일렬로 배치된 전지들을 병렬상태로 접속하고, 다단으로 적층된 병렬블록들을 직렬상태로 접속할 수 있다. 다만, 전지 케이스에 내장된 전지들의 직렬/병렬의 접속구조나, 병렬블록을 구성하는 전지의 개수나 배치 등에 대해서는 예시된 이외에 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 또한, 배터리 팩를 구성하는 전지들을 적층시킨 배열 형태에 대해서도 도면으로 예시된 바에 한정되지 않는다.
상기 리드 플레이트(130)의 외측에는 절연 테이프가 부착됨으로써 리드 플레이트(130)를 외부환경으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 상기 팩 전지는 전지의 전압상태를 검출하고, 충방전 동작을 제어하기 위한 회로기판(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 회로기판은 전류패스를 형성하는 리드 플레이트(130)와 전기접속을 이루며, 예를 들어, 회로기판으로부터 인출된 리드선(미도시)을 통하여 리드 플레이트(130)에 접속될 수 있다.
상기 회로기판은 리드 플레이트(130)를 통하여 각 전지의 전압상태를 검출하고, 충전전류를 제공한다.
도 5 내지 도 7은 도 1 내지 도 3에 도시된 방열 부재의 변형된 실시 형태를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 도시된 배터리 팩은 전지 케이스(200)와, 상기 전지 케이스(200)에 수납되는 각각 제 1 방향으로 연장된 복수의 전지들(210), 상기 전지와 전지 사이에 개재되어 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재(220)들을 포함한다.
상기 전지 케이스(200)는 상기 전지 케이스에 수납되는 전지의 개수 또는 형태에 따라 그 형태가 다양하게 변경될 수 있으며, 도 5에 도시되어 있는 전지 케이스(200)은 2개의 원통형 전지가 수납되어지는 것으로, 단면이 타원형인 통의 형태이다.
상기 전지 케이스(200)는 단일 부재로 형성될 수 있으며, 또는 서로 대칭을 이루는 상부 전지 케이스와 하부 전지 케이스가 서로에 대해 마주하여 조립된 형태일 수 있다. 이 경우 체결부분은 서로 끼워 맞춰질 수 있도록 상보적인 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 전지 케이스(200)의 소재는 이 분야에 사용되는 일반적인 소재로 형성될 수 있지만, 열전도성 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전지 케이스(200)에는 한 쌍의 전지(210)가 각각 제 1 방향으로 연장되어 수납되며, 한 쌍의 전지(210) 사이에는 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재(220)가 개재된다.
상기 방열 부재(220)은 전지들(210)의 양 단부를 고정시킬 수 있는 한 쌍의 홀더(221a, 221b), 상기 한 쌍의 홀더 사이에서 상기 제 1 방향으로 연장하며 상기 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부(222a, 222b), 및 상기 홀더 및 연결부의 사이에 형성된 방열룸의 역할을 하는 공간부(223)가 구비되어 있다.
상기 방열 부재(220)은 방열 부재(220)이 개재되는 전지들(210)의 형태에 따라서 한 쌍의 홀더(221a, 221b)와 한 쌍의 연결부(222a, 222b)의 형태가 다양하게 변경될 수 있으며, 도 5에는 원통형의 한 쌍의 전지(210)이 수납되어 있으며, 이에 따라서, 방열 부재(220)의 한 쌍의 홀더(221)는 각각 I-자형의 형태를 취한다. 여기서, 한 쌍의 홀더(121a, 121b)은 전지들의 일단부와 접촉하여 고정시키는 제 1 홀더(121a)와 전지들의 타단부와 접촉하여 고정시키는 제 2 홀더(121b)를 포함한다.
상기 한 쌍의 홀더(221a, 221b)에는 외부로 관통하는 방열홀(224)가 형성되어 있다. 상기 방열홀(224)을 통해 방열룸 안에 모아진 뜨거워진 공기가 밖으로 방출되는 것을 더 효과적으로 할 수 있다.
상기 한 쌍의 홀더(221a, 221b)을 연결하는 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 마찬가지로 방열 부재(220)이 개재되는 전지(210)의 형태에 따라서 형태가 변경될 수 있으며, 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 단면이 사각형 또는 삼각형의 막대형태인 것이 바람직하다. 도 5에 도시된 바에 따르면 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 단면이 삼각형인 막대형태를 갖는다. 여기서, 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 상기 한 쌍의 홀더의 일단부를 연결하는 제 1 연결부(222a) 및 타단부를 연결하는 제 2 연결부(222b)를 갖는다. 상기 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 전지와 접촉되지 않는 구조이다.
상기 한 쌍의 홀더(221a, 221b)과 상기 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 기계적인 체결방식을 통해 체결될 수 있으며, 또는 용접과 같은 방식으로 체결될 수 있으며, 또는 일체로 형성시킬 수도 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바에 따르면, 한 쌍의 연결부(222a, 222b)는 각각이 한 쌍의 홀더(221a, 221b)를 관통하여 체결되어지고 있다.
상기 한 쌍의 홀더(221a, 221b)과 상기 한 쌍의 연결부(222a, 222b)에 의해 전지가 양쪽으로 수납되어짐에 따라서, 그 안에 공간부(223)이 형성되어지며, 이 부분은 방열룸으로서 역할을 하며, 이곳에 각 전지들(210)로부터 생성된 열이 모아지고, 공기흐름을 통해 한 쌍의 홀더(221a, 221b)을 통해 외부로 방출되며, 한 쌍의 홀더(221a 221b)에 형성된 방열홀(224)을 통해 극대화될 수 있다.
이에 따라서, 상기 홀더(221a, 221b)는 열전도성이 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 열전도성이 좋은 소재로는 임의의 모든 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 애노다이징 처리된 알루미늄인 것이 바람직하다.
100, 200 전지 케이스
110, 210 전지
120, 220 방열 부재
121a, 221a 제 1 홀더
121b, 221b 제 2 홀더
122a, 222a 제 1 연결부
122b, 222b 제 2 연결부
123, 223 공간부
130 리드 플레이트
224 방열홀

Claims (11)

  1. 전지 케이스;
    상기 전지 케이스 내에 배치되는 복수의 전지들, - 여기서 상기 복수의 전지들은 각각 제1 방향으로 연장하며, 제3 방향을 따라 배열됨-; 및
    전지와 이웃한 전지 사이에 개재되어 전지들을 양쪽으로 수용하는 방열 부재를 포함하고,
    상기 방열 부재는 전지들의 양 단부를 고정시킬 수 있는 한 쌍의 홀더, 상기 한 쌍의 홀더 사이에서 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부, 및 상기 홀더 및 연결부의 사이에 형성된 방열룸의 역할을 하는 공간부를 구비하며,
    상기 방열 부재의 한 쌍의 연결부는 전지와 접촉하지 않으면서 한 쌍의 홀더를 연결하는 연결부로서, 단면이 사각형 또는 삼각형의 막대 형태이며,
    상기 공간부는, 제1 방향을 따라 한 쌍의 홀더 사이와, 제1 방향 및 제3 방향과 교차하며 한 쌍의 홀더 각각이 연장되는 제2 방향을 따라 한 쌍의 연결부 사이에 형성되며, 상기 공간부와 대응되는 위치의 한 쌍의 홀더에는 방열홀이 형성되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재의 한쌍의 홀더는 전지들의 일단부와 접촉하여 고정시키는 제 1 홀더 및 전지들의 타단부와 접촉하여 고정시키는 제 2 홀더를 포함하는 것인 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 홀더는 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 연장하는 I-자형이고, 전지들의 양 단부에 밀착될 수 있도록 전지의 형태에 따라 I-자형의 좌우는 곡선 형태 또는 직각 형태일 수 있는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재의 공간부는 전지와 접촉하여 전지를 고정하는 한 쌍의 홀더와 전지와 접촉하지 않으면서 한 쌍의 홀더를 연결하는 한 쌍의 연결부에 의해 형성되며, 이곳에서 열을 모아 방열 부재의 홀더를 통해 외부로 방열시키는 것인 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재의 한 쌍의 홀더에는 공간부로부터 외부로 향하여 형성된 방열홀을 더 포함하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재의 홀더는 열전도성 소재로 형성되는 것인 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 소재로는 애노다이징 처리된 알루미늄인 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 전면 또는 배면에 배치되어 상기 전지들을 서로 전기적으로 연결시키는 리드 플레이트를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전지들은 원통형 이차 전지인 배터리 팩.


  11. 삭제
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