KR102328095B1 - 리튬이온 배터리 모듈 - Google Patents

리튬이온 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬이온 배터리 모듈에 관한 것으로, 리튬이온 배터리셀 발열시 열을 축적하고 방열시 열을 방출하는 방열판; 상기 리튬이온 배터리셀과 방열판과의 열전도 밀착을 위한 제1 방열절연지; LiFePo4 파우치 셀로 이루어진 리튬이온 배터리셀; 상기 리튬이온 배터리셀 표면의 정전용량값을 낮추어 안전성을 향상시키는 제2 방열절연지; 및 전원을 공급하여 저항열을 발생시키는 발열판;순으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

리튬이온 배터리 모듈{LITHIUM ION BATTERY MODULE}
본 발명은 리튬이온 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온에서 급속 충전시 충전 효율을 높일 수 있도록 발열 구조를 갖는 리튬이온 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 스쿠터는 높은 에너지 및 전력 밀도를 갖는 리튬이온 배터리를 동력원으로 사용하고 있다. 이러한 전기 스쿠터는 배달용으로 사용하는 경우 리튬이온 배터리의 급속 충전이 필요하다.
그러나, 리튬이온 배터리는 저온에서 충방전 효율이 급격이 저하되며, 방전효율 저하에 비해 충전효율은 2배 이상 떨어진다. 즉, 20℃ 기준에서 0℃이면 충전효율은 10%가 떨어지고, -10℃에서는 20% 이상 떨어지며, -20℃에서는 40% 이상 떨어진다.
이와 같이, 리튬 이온 배터리는 급속충전의 최대 걸림돌은 주변 온도로, 겨울의 경우 외부 온도가 0℃~-20℃의 범위를 갖기 때문에 급속 충전시 충전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 저온에서 급속 충전시 충전 효율을 높일 수 있는 리튬이온 배터리 모듈을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이온 배터리 모듈은 리튬이온 배터리셀 발열시 열을 축적하고 방열시 열을 방출하는 방열판; 상기 리튬이온 배터리셀과 방열판과의 열전도 밀착을 위한 제1 방열절연지; LiFePo4 파우치 셀로 이루어진 리튬이온 배터리셀; 상기 리튬이온 배터리셀 표면의 정전용량값을 낮추어 안전성을 향상시키는 제2 방열절연지; 및 전원을 공급하여 저항열을 발생시키는 발열판;순으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열판을 중심으로 좌우에 제1 방열절연지, 리튬이온 배터리셀, 제2 방열절연지, 발열판이 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 발열판을 중심으로 좌우에 제2 방열절연지, 리튬이온 배터리셀, 제1 방열절연지, 방열판이 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 리튬이온 배터리 모듈이 발열판 교차배열로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 리튬이온 배터리 모듈이 방열판 교차배열로 구성되는 것을 특징으로 한다.
저온에서 급속 충전시 상기 발열판의 저항열을 통해 리튬이온 배터리셀 온도를 5~10℃로 올린 후 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 발열필름의 저항열은 공용 완속충전기 또는 가정용 콘센트의 AC220V 전원을 급속충전기에서 공급받아 급속충전기의 배터리 온도보상회로 구동전원을 공급하여 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면 발열판을 통해 저온에서 급속충전이 원만하게 되도록 리튬이온 배터리셀의 온도를 일정 범위로 올려 유지줌으로써 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명에 따른 2개의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다수의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기 스쿠터의 리튬이온 배터리 충전 시스템이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그러면 본 발명에 따른 리튬이온 배터리 모듈의 바람직한 실시예에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이고, 도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명에 따른 2개의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 다수의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전기 스쿠터의 리튬이온 배터리 충전 시스템이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 리튬이온 배터리 모듈은 사용 용도에 따라 단일 리튬이온 배터리셀, 2개의 리튬이온 배터리셀, 다수의 리튬이온 배터리셀로 구성될 수 있다.
상기 단일 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈은 도 1에 나타낸 바와 같이, 방열판(110), 제1 방열절연지(120), 리튬이온 배터리셀(130), 제2 방열절연지(120-1), 발열판(140) 순으로 구성될 수 있다.
상기 2개의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈은 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 방열판(110)을 중심으로 좌우에 제1 방열절연지(120), 리튬이온 배터리셀(130), 제2 방열절연지(120-1), 발열판(140)이 구성될 수 있다.
또한, 상기 2개의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈은 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 발열판(140)을 중심으로 좌우에 제2 방열절연지(120-1), 리튬이온 배터리셀(130), 제1 방열절연지(120), 방열판(110)이 구성될 수 있다.
상기 다수의 리튬이온 배터리셀로 구성되는 리튬이온 배터리 모듈은 도 3에 나타낸 바와 같이, 도 2(a) 또는 도 2(b)의 2개 리튬이온 배터리셀로 구성된 리튬이온 배터리 모듈이 발열판(140) 교차배열 또는 방열판(110) 교차배열로 구성될 수 있다. 즉, 각각의 리튬이온 배터리셀(130) 한쪽 면이 발열판(140)에 열 접속이 되고, 다른 한쪽 면이 방열판(110)과 열 접촉이 된다. 이로 인해, 다수의 리튬이온 배터리를 연결하여 사용 할 경우 비용과 조립성에 효과적인 구성이 가능하다.
상기 방열판(110)은 알루미늄 재질로 이루어지며, 리튬이온 배터리셀(130) 조립에 따른 기구적 안정성을 위한 지지대 역할을 한다.
또한, 상기 방열판(110)은 발열시 열 축적 기능과 방열시 열 방출 기능을 한다. 즉, 방열시 리튬이온 배터리셀(130) 온도를 전도 받아 방열판(110) 좌우로 열 을 전도시킨다. 여기서, 상기 리튬이온 배터리셀(130)은 LiFePo4 파우치 셀로 이루어진다.
상기 제1 방열절연지(120)는 실리콘 성분의 열전도성 전기 절연지로서 리튬이온 배터리 셀(130)과 방열판(110)과의 열전도 밀착으로 열전도 효율을 향상시킨다.
상기 제2 방열절연지(120)는 리튬이온 배터리셀(130) 표면의 정전용량값을 낮추어 정전용량값을 낮추어 고전압 적용 시 안전성을 향상시킨다.
상기 발열판(140)은 폴리프로필렌계열 필름에 탄소 증착을 통한 발열전극이 구성된 필름으로 열을 발생시킨다.
본 발명에서 리튬이온 배터리셀(130)을 저온(동절기)에서 급속 충전시 먼저, 공용 완속충전기 또는 가정용 콘센트에 접속 후 충전개시로서 AC220V 전원을 급속충전기에서 공급받아 급속충전기의 배터리 온도보상회로를 통해 구동전원으로 변환하여 발열판(140)에 공급한다.
이어서, 상기 리튬이온 배터리셀(130)의 저온에서 충전 효율을 높이기 위해 온도보상 동작이 시작이 된다. 즉, 동절기의 온도가 0℃~-20℃의 범위를 갖기 때문에 급속 충전시 충전 효율이 떨어지므로 배터리를 급속충전에 적합한 온도까지 상승시킨다.
예컨대, 상기 발열판(140)에 급속충전기의 배터리 온도보상회로를 통해 구동전원으로 변환하여 발열판(140)에 공급하여 저항열을 통해 리튬이온 배터리셀(130)의 온도를 5~10℃로 올린 후 급속충전기를 통해 충전을 한다.
예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이 저온(동절기)에서 전기 스쿠터의 4KW충전기(300)를 통해 30분 이내에 리튬이온 배터리셀(130) 급속충전은 공용 완속충전기(200) 또는 가정용 콘센트에 접속하여 AC220V 전원을 충전기(300)에서 공급받아 충전기(300)의 배터리 온도보상회로를 통해 구동전원으로 변환하여 발열판(140)에 공급하여 리튬이온 배터리셀(130) 온도를 5~10℃로 올린 후 충전하게 된다.
여기서, 상기 4KW충전기(300)는 제어부(310)의 입력(AC220V), 출력(DC 24V), 제어(PWM), MPU(ADC내장형), 통신(CAN for BMS)으로 구성된다. 여기서, 상기 충전기는 이 분야에서 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 발열판(140)을 통해 저온(동절기)에서 급속충전이 원만하게 되도록 리튬이온 배터리셀(130)의 온도를 5~10℃로 올려 유지해 줌으로써 충전 효율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 방열판 120: 제1 방열절연지
120-1: 제2 방열절연지 130: 리튬이온 배터리셀
140: 발열판 200: 완속충전기300: 충전기
310: 제어부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 알루미늄 재질로 이루어지며, 리튬이온 배터리셀 발열시 열을 축적하고 방열시 열을 방출하는 방열판; 및
    상기 방열판을 중심으로 좌우에 각각 제1 방열절연지, 리튬이온 배터리셀, 제2 방열절연지, 및 발열판을 포함하며,
    상기 제1 방열절연지는 실리콘 성분의 열전도성 전기 절연지로서 리튬이온 배터리셀과 방열판과의 열전도를 위해 밀착시키고,
    상기 리튬이온 배터리셀은 LiFePo4 파우치 셀로 이루어지며,
    상기 제2 방열절연지는 리튬이온 배터리셀 표면의 정전용량값을 낮추어 안전성을 향상시키며,
    상기 발열판은 폴리프로필렌계열 필름에 탄소 증착을 통한 발열전극이 구성된 필름으로 전원을 공급하여 저항열을 발생시키며,
    상기 발열판에 급속충전기의 배터리 온도보상회로를 통해 구동전원으로 변환 공급하여 저항열을 통해 리튬이온 배터리셀의 온도를 5~10℃로 올린 후 급속충전기를 통해 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 모듈.
  3. 폴리프로필렌계열 필름에 탄소 증착을 통한 발열전극이 구성된 필름으로 전원을 공급하여 저항열을 발생시키는 발열판; 및
    상기 발열판을 중심으로 좌우에 각각 제2 방열절연지, 리튬이온 배터리셀, 제1 방열절연지, 및 방열판을 포함하며,
    상기 제2 방열절연지는 리튬이온 배터리셀 표면의 정전용량값을 낮추어 안전성을 향상시키고,
    상기 리튬이온 배터리셀은 LiFePo4 파우치 셀로 이루어지며,
    상기 제1 방열절연지는 실리콘 성분의 열전도성 전기 절연지로서 리튬이온 배터리셀과 방열판과의 열전도를 위해 밀착시키며,
    상기 방열판은 알루미늄 재질로 이루어지며, 리튬이온 배터리셀 발열시 열을 축적하고 방열시 열을 방출하며,
    상기 발열판에 급속충전기의 배터리 온도보상회로를 통해 구동전원으로 변환 공급하여 저항열을 통해 리튬이온 배터리셀의 온도를 5~10℃로 올린 후 급속충전기를 통해 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 모듈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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