KR102387783B1 - 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 채워지는 열관리 유체; 상기 케이스의 내부에 배치되되, 상기 열관리 유체에 침지되어 배치되는 복수의 배터리팩; 및 일단과 타단이 개방된 금속재 파이프로써, 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체에 침지되되, 상기 일단은 상기 케이스의 제 1 측판을 관통하고, 상기 타단은 상기 케이스의 제 2 측판을 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출되며, 상기 일단과 상기 타단을 통해 외부 냉기를 유통하여 상기 열관리 유체의 온도를 하강시키는 하나 이상의 공랭용 파이프를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.

Description

배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치{BATTERY APPARATUS FOR COMPLEX MANAGEMENT OF BATTERY TEMPERATURE}
본 실시예는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치에 관한 것이다.
충방전이 가능한 고효율의 배터리 장치는 예컨대 하이브리드 차량, 전기 차량, 신재생 에너지 시스템과 같은 많은 기술 분야에서 요구된다.
이러한 배터리 장치는 복수의 배터리 셀이 서로 조합되어 있는 모듈들로 구성될 수 있다.
배터리 장치를 구성하는 복수의 배터리 셀은 리튬 전지와 같은 화학 전지로 구성되는 것이 일반적이다.
여기서, 화학 전지는 충/방전 동작시에 열이 발생하는 특징이 있고, 복수의 배터리 셀이 배터리 장치에 밀집되어 배치되기 때문에 배터리 장치가 동작할 때에 배터리 장치 내부에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출하여야 한다.
종래에는 배터리 장치의 내부 열기가 방출되고, 외부 냉기가 배터리 장치의 내부로 유입될 수 있는 통기공이 배터리 장치의 케이스에 형성되고, 통기공으로 외부 냉기를 유입시키는 냉각 팬이 배터리 장치의 케이스에 장착되어 배터리 장치의 온도를 낮추는 역할을 했다.
하지만, 위와 같은 공랭식 냉각은 통기공이 형성된 부분 또는 냉각 팬이 장착된 부분에 배치된 배터리 셀들만을 효과적으로 냉각할 수 있고, 통기공 또는 냉각 팬으로부터 멀리 떨어진 위치에 배치된 배터리 셀들은 효과적으로 냉각할 수 없는 문제점이 있다.
다시 말해서, 종래에 배터리 장치에 적용된 공랭식 냉각 방식으로는 배터리 장치의 배터리 셀들을 고르게 냉각할 수 없는 문제점이 있고, 배터리 셀의 과열로 인해 배터리 장치에서 화재가 발생할 가능성이 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 배터리 장치 내부의 열을 관리하기 위한 유체를 배터리 장치의 내부에 채워서 배터리 장치 내부의 열을 관리하는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 채워지는 열관리 유체; 상기 케이스의 내부에 배치되되, 상기 열관리 유체에 침지되어 배치되는 복수의 배터리팩; 일단과 타단이 개방된 금속재 파이프로써, 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체에 침지되되, 상기 일단은 상기 케이스의 제 1 측판을 관통하고, 상기 타단은 상기 케이스의 제 2 측판을 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출되며, 상기 일단과 상기 타단을 통해 외부 냉기를 유통하여 상기 열관리 유체의 온도를 하강시키는 하나 이상의 공랭용 파이프를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.
배터리 장치는 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체에 침지되되, 전원에 의해 가열되어 상기 열관리 유체의 온도를 상승시키는 가열 매체를 더 포함할 수 있다.
배터리 장치는 상기 케이스의 외부에 배치되되, 상기 제 1 측판 및 상기 제 2 측판 중 어느 하나의 측판의 외측면에 배치되어 상기 하나 이상의 공랭용 파이프의 상기 일단 또는 상기 타단에 외부 냉기를 유입시키는 냉각 팬을 더 포함할 수 있다.
배터리 장치는 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체의 온도를 측정하고, 상기 열관리 유체의 온도가 제 1 기준 이상이면, 상기 냉각 팬에 전원을 공급하고, 상기 열관리 유체의 온도가 제 2 기준 이하이면, 상기 가열 매체에 전원을 공급하는 유체 온도 관리 모듈을 더 포함할 수 있다..
배터리 장치는 상기 케이스의 외부에 배치되되, 상기 제 1 측판 및 상기 제 2 측판 중 상기 냉각 팬이 배치된 측판의 반대 측판 외측면에 배치되어 상기 하나 이상의 공랭용 파이프의 상기 일단 또는 상기 타단으로부터 상기 외부 냉기를 유출시키는 냉기 유출용 냉각 팬을 더 포함할 수 있다.
배터리 장치는 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체의 온도를 측정하고, 상기 열관리 유체의 온도가 제 1 기준을 초과하되, 초과 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 상기 냉각 팬과 상기 냉기 유출용 냉각 팬에 전원을 공급하고, 상기 초과 온도가 올정 온도 이하인 경우에는 상기 냉각 팬에만 전원을 공급하며, 상기 열관리 유체의 온도가 제 2 기준 이하이면, 상기 가열 매체에 전원을 공급하는 유체 온도 관리 모듈을 더 포함할 수 있다.
가열 매체는 상기 케이스의 하측에 배치될 수 있다.
복수의 배터리팩 각각에는 상기 하나 이상의 공랭용 파이프를 통과시키는 통공이 하나 이상 형성되고, 상기 하나 이상의 공랭용 파이프는 상기 하나 이상의 통공을 통해 상기 복수의 배터리팩을 통과한 상태에서 상기 일단이 상기 제 1 측판을 관통하고, 상기 타단이 상기 제 2 측판을 관통할 수 있다.
하나 이상의 공랭용 파이프의 소재는 구리 및 알루미늄 중 어느 하나일 수 있다.
열관리 유체는 불소계 절연유체일 수 있다.
배터리 장치는 일측이 상기 케이스의 상판을 관통하여 상기 케이스의 내부에 위치하고, 타측은 상기 케이스의 외부에 위치하는 하나 이상의 히트 파이프 및 상기 하나 이상의 히트 파이프 각각의 타측과 결합한 상태로 상기 상판의 외측면에 배치되는 히트 싱크를 포함한 보조 냉각 모듈을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 배터리 장치의 케이스 내부에 열관리 유체를 채워서 케이스 내부에 배치된 복수의 배터리팩 전체가 열관리 유체에 침지되기 때문에 복수의 배터리팩 각각에서 발생하는 열을 열관리 유체가 고르게 흡수할 수 있게 된다.
또한, 열관리 유체의 온도를 낮추기 위한 공랭용 파이프를 케이스에 배치하여 케이스 내부의 열관리 유체를 냉각하기 때문에 배터리 장치의 케이스 외에 열관리 유체를 냉각하기 위한 별도의 공간 또는 장치를 필요로 하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 배터리 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 장치에서 일 측판을 제거한 측면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 장치의 케이스 내부에 채워진 열관리 유체를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리팩의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 배터리팩의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 장치의 단면도이다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 공랭용 파이프를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 케이스의 측판에 형성되는 노출공을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 16은 일 실시예에 따른 배터리 장치의 밀폐 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 배터리팩과 공랭용 파이프의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 배터리 장치의 가열 매체를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 배터리 장치의 유체 온도 관리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 배터리 장치의 사시도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 배터리 장치에서 일 측판을 제거한 측면도이다.
그리고 도 4는 일 실시예에 따른 배터리 장치의 케이스 내부에 채워진 열관리 유체를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배터리 장치(100)는 케이스(110), 복수의 배터리팩(120), 열관리 유체(130), 냉각 팬(140), 보조 냉각 모듈(150), 액정 표시 모듈(160), 출력 단자(170), 전원 스위치(180), 콘넥터(190)를 포함할 수 있다. 여기서, 액정 표시 모듈(160)은 배터리 장치(100)의 동작에 관한 정보를 표시할 수 있고, 출력 단자(170)는 배터리 장치(100)에서 발생한 전력을 외부로 출력할 수 있다. 그리고 전원 스위치(180)는 배터리 장치(100)의 온/오프를 위한 스위치일 수 있고, 콘넥터(190)는 배터리 장치(100)의 충전을 위한 외부 전원과 연결될 수 있다.
케이스(110)는 배터리 장치(100)의 외관을 구성한다. 이러한 케이스(110)는 절연성과 난연성을 모두 갖춘 플라스틱(예를 들어, 폴리카보네이트 등) 재질로 형성될 수 있고, 제 1 측판(111), 제 2 측판(112), 제 3 측판(113, 제 4 측판(114), 상판(115) 및 하판(116)으로 구성될 수 있다.
복수의 배터리팩(120)은 케이스 내부에 배치된다. 여기서, 복수의 배터리팩(120)은 케이스(110)의 길이 방향으로 배치될 수 있다.
도 5와 같은 단위 배터리팩(120a)은 도 6과 같이 두 개의 배터리 홀더(610, 620)를 포함할 수 있고, 도 7과 같이 배터리 홀더(510 또는 520)에 형성된 복수의 배터리셀 삽입부(710)에 삽입되는 배터리셀(720)을 복수 개 포함할 수 있다. 여기서, 배터리셀(720)들은 서로 병렬연결될 수 있다.
위와 같은 복수의 배터리팩(120)은 서로 직렬연결될 수 있다. 단위 배터리팩(120a)의 전압은 배터리셀(720)의 전압으로 결정되고, 배터리 장치(100)의 전압은 직렬연결되는 복수의 배터리팩(120)의 전압이 더해져서 결정될 수 있다. 배터리 장치(100)의 설계자는 케이스(110)의 길이 방향으로 배치되는 배터리팩(120)의 개수를 증가시켜서 배터리 장치(100)의 전압을 증가시킬 수 있다. 그리고 설계자는 단위 배터리팩(120a)에 포함되는 배터리셀(720)의 개수를 증가시켜서 단위 배터리팩(120a)의 용량을 증가시킬 수 있다.
한편, 배터리셀(720)은 리튬계열의 전기화학물질을 포함할 수 있다. 리튬계열의 전기화학물질은 예를 들어, 리튬이온계열의 물질이거나 리튬폴리머계열의 물질일 수 있다. 리튬계열의 전기화학물질은 에너지밀도가 높은 반면, 폭발이나 화재의 위험성이 높을 수 있다. 배터리셀(720)의 폭발에 의해 배터리팩(120)이 발화될 가능성도 있다.
일 실시예에서는 배터리팩(120)의 발화를 방지하기 위해 복수의 배터리팩(120)에서 발생하는 열을 흡수하고, 복수의 배터리팩(120)의 발화에 대한 소화 약제로 사용될 수 있는 열관리 유체(130)를 도 4와 같이 케이스(110) 내부에 채울 수 있다.
여기서, 열관리 유체(130)는 불소계 절연유체일 수 있다. 예를 들어, 불소계 절연유체는 불소계 계면활성제를 포함한 유체일 수 있다.
이러한 불소계 절연유체는 전기 전도에 대한 절연성이 우수하고, 소화 약제로 사용될 수 있는 유체이다.
위와 같은 열관리 유체(130)를 케이스(110)의 내부에 채워서 복수의 배터리팩(120)을 침지하면, 복수의 배터리팩(120)의 충전 또는 방전시에 발생하는 열이 열관리 유체(130)에 흡수될 수 있다.
여기서, 열관리 유체(130)는 복수의 배터리팩(120)에 직접적으로 접촉하기 때문에 복수의 배터리팩(120)에서 고르게 열을 흡수하여 복수의 배터리팩(120)에서 발생할 수 있는 온도 편차를 최소화할 수 있다.
그리고 복수의 배터리팩(120) 중에서 하나 이상의 배터리팩(120)이 발화되더라도 열관리 유체(130)에 의해 초기에 진화될 수 있다.
한편, 열관리 유체(130)가 복수의 배터리팩(120)에서 발생하는 열을 지속적으로 흡수하는 경우, 열관리 유체(130)의 온도가 상승하여 복수의 배터리팩(120)에서 발생하는 열을 흡수하지 못할 수도 있다.
일 실시예에서 배터리 장치(100)는 위와 같은 열관리 유체(130)의 온도를 빠르게 하강시키기 위해 도 8과 같은 하나 이상의 공랭용 파이프(810)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 일단과 타단이 개방된 금속재 파이프로써, 케이스(110)의 내부에 배치되어 열관리 유체(130)에 침지된다.
여기서, 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단은 도 9와 같이 케이스(110)의 제 1 측판(111)을 관통하고, 타단은 케이스(110)의 제 2 측판(112)을 관통하여 케이스(110)의 외부로 노출될 수 있다.
하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 개방된 일단과 타단을 통해 외부 냉기를 파이프 내부로 유통할 수 있다.
하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 파이프 내부로 유통하는 외부 냉기에 파이프가 냉각될 수 있고, 열관리 유체(130)와의 열평형 상태를 만들기 위해서 열관리 유체(130)의 열을 흡수할 수 있다. 이러한 공랭용 파이프(810)의 소재는 구리 및 알루미늄 중 어느 하나일 수 있다. 그 이유는 구리와 알루미늄은 소재 가격 대비 열전도율이 높은 금속이기 때문이다.
한편, 일 실시예서 하나 이상의 공랭용 파이프(810)에서 다량의 외부 냉기를 유통하기 위해 케이스(110)의 제 1 측판(111)에는 외부 냉기를 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단 또는 타단에 유입시키는 냉각 팬(140)을 제 1 측판(111)의 외측면에 배치할 수 있다.
여기서, 제 1 측판(111)에는 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단이 노출될 수 있는 하나 이상의 파이프 노출공(1110)이 도 11의 11A와 같이 형성될 수 있고, 냉각 팬(140)은 도 11의 11B와 같이 하나 이상의 파이프 노출공(1110)이 형성된 부분의 전방에 배치되어 다량의 외부 냉기를 하나 이상의 파이프 노출공(1110)으로 유입, 즉 다량의 외부 냉기를 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단으로 유입시킬 수 있다. 이러한 냉각 팬(140)은 마운팅 브라켓(142)을 통해 제 1 측판(111)에 장착되어 배치될 수 있다.
일 실시예에서 제 1 측판(111)과 대향하는 제 2 측판(112)에도 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 타단이 노출될 수 있는 하나 이상의 파이프 노출공(1210)이 도 12와 같이 형성될 수 있다.
이를 통해 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단으로 유입된 외부 냉기가 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 타단으로 유출될 수 있다. 여기서, 냉각 팬(140)의 바람 방향과 반대 방향의 바람을 발생하는 냉기 유출용 냉각 팬(미도시)을 제 2 측판(112)의 전방에도 배치하여 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 타단으로 다량의 외부 냉기를 유출시킬 수도 있다.
다시 말해서, 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 타단으로 외부 냉기를 유출시키기 위한 냉기 유출용 냉각 팬(미도시)을 하나 이상의 파이프 노출공(1210)이 형성된 부분의 전방에 추가 배치하여 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 타단에서 보다 더 많은 외부 냉기를 유출시킬 수도 있다. 이를 위해 제 2 측판(112)에도 마운팅 브라켓(142)이 부착될 수 있다.
한편, 제 1 측판(111)과 제 2 측판(112)에 형성된 파이프 노출공(1110, 1210))들과 하나 이상의 공랭용 파이프(810) 간에 틈새가 발생하면, 열관리 유체(130)가 틈새를 통해 누출될 수 있다.
일 실시예에서는 열관리 유체(130)의 누출을 방지하기 위해 도 13의 13A와 같이 케이스(110) 내부에 배치되되, 일면이 제 1 측판(111)의 내측면과 밀접하는 제 1 내측판(1310)과 13B와 같이 케이스(110) 내부에 배치되되, 일면이 제 2 측판(112)의 내측면과 밀접하는 제 2 내측판(1320)이 배터리 장치(100)에 더 포함될 수 있다.
이러한, 제 1 내측판(1310)과 제 2 내측판(1320)은 도 15와 같이 복수의 배터리팩(120) 중에서 양측 말단에 위치한 배터리팩과 결합될 수 있다.
제 1 내측판(1310)과 제 2 내측판(1320)에는 하나 이상의 공랭용 파이프(810)의 일단 또는 타단이 관통되는 하나 이상의 파이프 관통공(1410)이 도 14와 같이 형성될 수 있고, 하나 이상의 파이프 관통공(1410)과 하나 이상의 공랭용 파이프(810) 사이에는 도 15와 같이 오링(1512)이 결합된 오링 홀더(1510)가 개재될 수 있다.
위와 같은 오링(1512)과 오링 홀더(1510)는 제 1 내측판(1310)과 제 2 내측판(1320)의 일면으로부터 돌출되기 때문에 제 1 측판(111)의 내측면에서 하나 이상의 파이프 노출공(1110)의 외주연에는 도 16의 16A와 같이 오링(1512)과 오링 홀더(1510)가 밀착될 수 있는 밀착홈(1610)이 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 측판(112)의 내측면에서 하나 이상의 파이프 노출공(1210)의 외주연에도 도 16의 16B와 같이 오링(1512)과 오링 홀더(1510)가 밀착될 수 있는 밀착홈(1620)이 형성될 수 있다.
위와 같이 제 1 내측판(1310)과 제 1 측판(111)이 밀접하고 제 2 내측판(1320)과 제 2 측판(112)이 밀접하게 되면, 제 1 내측판(1310)과 제 2 내측판(1320)의 오링(1512)과 오링 홀더(1510)가 제 1 측판(111)과 제 2 측판(112) 내측면의 밀착홈(1610)에 밀착된다.
이를 통해, 제 1 측판(111)과 제 2 측판(112)에 형성된 파이프 노출공(1110, 1210))들과 하나 이상의 공랭용 파이프(810) 간에 틈새가 발생하는 것을 방지하여 열관리 유체(130)가 케이스(110)의 외부로 누출되지 않도록 할 수 있다.
한편, 케이스(110)의 내부 공간 대부분은 복수의 배터리팩(120)이 차지하고, 케이스(110)의 내부에서 발생하는 열의 대부분이 복수의 배터리팩(120)에서 발생하기 때문에 하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 도 8과 같이 케이스(110)의 내부에서 복수의 배터리팩(120)을 통과한 상태로 배치될 수 있다.
다시 말해서, 도 5와 같이 복수의 배터리팩(120) 각각, 즉 단위 배터리팩(120a)에는 하나 이상의 공랭용 파이프(810)를 통과시키는 통공(510)이 하나 이상 형성되고, 도 17과 같이 하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 하나 이상의 통공(510)을 통해 복수의 배터리팩(120)을 통과한 상태에서 일단이 제 1 측판(111)을 관통하고, 타단이 제 2 측판(112)을 관통할 수 있다.
위와 같이 하나 이상의 공랭용 파이프(810)는 케이스(110)의 내부에서 복수의 배터리팩(120)을 통과한 상태에서 열관리 유체(130)에 침지되기 때문에 파이프 내부로 유통하는 외부 냉기에 의해 열관리 유체(130)의 온도를 하강시킬 때에 복수의 배터리팩(120)이 위치한 부분의 온도를 집중적으로 하강시킬 수 있다.
그리고 배터리 장치(100)는 보조 냉각 모듈(150)을 통해 열관리 유체(130)의 온도를 보다 더 빠르게 하강시킬 수 있다.
구체적으로 보조 냉각 모듈(150)은 도 3 및 도 4와 같이 하나 이상의 히트 파이프(152)와 히트 싱크(154)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 히트 파이프(152) 각각의 일측은 케이스(110)의 상판(115)을 관통하여 케이스(110)의 내부에 위치하여 열관리 유체(130)에 침지될 수 있고, 하나 이상의 히트 파이프(152) 각각의 타측은 케이스(110)의 외부에 위치할 수 있다. 그리고 히트 싱크(154)는 하나 이상의 히트 파이프(152) 각각의 타측과 결합한 상태로 상판(115)의 외측면에 배치될 수 있다.
한편, 배터리 장치(100)의 복수의 배터리팩(120)은 저온 상태(예를 들어, 0℃ 이하)에서 배터리 셀(720)의 충/방전 성능이 저하될 수 있고, 내구 수명도 감소할 수 있다.
일 실시예에서는 배터리 장치(100)의 주변 온도가 저온 상태일 때에 위와 같이 발생하는 현상을 방지하기 위해서, 배터리 장치(100)는 도 18과 같이 케이스(110)의 내부에 배치되어 열관리 유체(130)에 침지되되, 전원에 의해 가열되어 열관리 유체(130)의 온도를 상승시키는 가열 매체(1810)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 가열 매체(1810)의 외부는 실리콘 재질로 형성될 수 있고, 가열 매체의 내부에는 열선이 배치될 수 있다.
그리고 배터리 장치(100)는 열관리 유체(130)의 온도를 하강시키기 위한 냉각 팬(140)과 열관리 유체(130)의 온도를 상승시키기 위한 가열 매체(1810)를 작동 여부를 제어하는 유체 온도 관리 모듈(1910)을 더 포함할 수 있다.
유체 온도 관리 모듈(1910)은 도 19와 같이 케이스(110)의 내부 중에서 상측에 배치되어 열관리 유체(130)의 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 유체 온도 관리 모듈(1910)은 열관리 유체(130)에 침지된 상태에서 열관리 유체(130)의 온도를 측정할 수 있다.
열관리 유체(130)의 온도를 측정한 결과, 열관리 유체(130)의 온도가 제 1 기준 이상이면, 유체 온도 관리 모듈(1910)은 냉각 팬(140)에 전원을 공급할 수 있다. 제 2 측판(112)에 냉기 유출용 냉각 팬(미도시)이 추가로 부착된 경우에는 냉기 유출용 냉각 팬(미도시)에도 전원을 공급할 수 있다. 또한, 열관리 유체(130)의 온도가 제 1 기준을 초과하되, 초과 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 냉각 팬(140)과 냉기 유출용 냉각 팬(미도시) 모두에 전원을 공급하고, 열관리 유체(130)의 온도가 제 1 기준을 초과하되, 초과 온도가 일정 온도 이하인 경우에는 냉각 팬(140)에 전원을 공급하고, 냉기 유출용 냉각 팬(미도시)에는 전원을 공급하지 않을 수 있다.
한편, 열관리 유체(130)의 온도가 제 2 기준 이하이면, 유체 온도 관리 모듈(1910)은 가열 매체(1810)에만 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 유체 온도 관리 모듈(1910)은 배터리 장치(100)의 전반적인 기능(예를 들어, 복수의 배터리 팩(120)의 충/방전 기능 등)들도 제어할 수 있다. 그리고 배터리 장치(100)가 미동작 상태일 때에도 유체 온도 관리 모듈(1910)은 복수의 배터리팩(120) 또는 외부로부터 상시 전원을 공급받을 수 있다.
이를 통해 유체 온도 관리 모듈(1910)은 배터리 장치(100)가 미동작 상태에서도 열관리 유체(130)의 온도가 제 2 기준 이하로 하강하는 것을 확인할 수 있고, 가열 매체(1810)에 전원을 공급하여 열관리 유체(130)의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 의하면, 배터리 장치(100)의 케이스(110) 내부에 열관리 유체(130)를 채워서 케이스(110) 내부에 배치된 복수의 배터리팩(120) 전체가 열관리 유체(130)에 침지되기 때문에 복수의 배터리팩(120) 각각에서 발생하는 열을 열관리 유체(130)가 고르게 흡수할 수 있게 된다.
또한, 열관리 유체(130)의 온도를 낮추기 위한 하나 이상의 공랭용 파이프(810)를 케이스(110)에 배치하여 케이스(110) 내부의 열관리 유체(130)를 직접 냉각하기 때문에 배터리 장치(100)의 케이스 외에 열관리 유체(130)를 냉각하기 위한 별도의 공간 또는 장치를 필요로 하지 않을 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 도 20과 같이 배터리팩의 발화를 방지하기 위한 열관리 유체를 케이스(2100) 내부에 채우지 않고, 하나 이상의 공랭용 파이프를 하나 이상의 열감응형 튜브(2200)로 대체할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 열감응형 튜브(2200)는 소화 용액 공급관(2300)과 연결되고, 가압된 소화 용액을 소화 용액 공급관(2300)을 통해 공급받아서 튜브 내부에 저장할 수 있다.
다른 실시예에서 소화 용액 공급관(2300)은 가압 가스를 공급하는 가스 실린더(2400) 및 소화 용액을 유통하는 분기 배관(2500)과 연결될 수 있다. 여기서, 분기 배관(2500)에는 밸브(2510)가 포함될 수 있다.
가스 실린더(2400)는 소화 용액 공급관(2300)으로 가압 가스가 유통할 수 있고, 분기 배관(2500)은 소화 용액 공급관(2300)으로 소화 용액을 유통할 수 있다. 이를 통해 소화 용액 공급관(2300)에서 가압 가스가 소화 용액을 가압할 수 있다.
다른 실시예에서 하나 이상의 열감응형 튜브(2200)는 주위 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 튜브 표면이 용해 또는 파열되는 튜브이다.
열관리 유체가 없는 케이스(2100) 내부에서 배터리팩이 발화되면, 케이스(2100) 내부의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하게 된다. 이로 인해 하나 이상의 열감응형 튜브(2200)가 파열되고, 튜브 내부에 가압된 소화 용액이 케이스(2100) 내부로 분사되어 케이스(2100) 내부에서 발생한 화재를 진화할 수 있다.
위와 같은 다른 실시예에서는 하나 이상의 공랭용 파이프가 하나 이상의 열감응형 튜브(2200)로 대체되기 때문에 일 실시예에서 배터리 장치(100)에 포함된 냉각 팬(140)도 다른 실시예의 배터리 장치에서 생략될 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 배터리 장치에 있어서,
    케이스;
    상기 케이스의 내부에 채워지는 열관리 유체;
    상기 케이스의 내부에 배치되되, 상기 케이스의 길이 방향으로 나란하게 배치된 상태에서 상기 열관리 유체에 침지되는 복수의 배터리팩;
    일단과 타단이 개방된 금속재 파이프로써, 상기 케이스의 내부에서 상기 케이스의 길이 방향으로 배치되어 상기 열관리 유체에 침지되되, 상기 일단은 상기 케이스의 제 1 측판을 관통하고, 상기 타단은 상기 케이스의 제 2 측판을 관통하여 상기 케이스의 외부로 노출되며, 상기 일단과 상기 타단을 통해 외부 냉기를 파이프 내부로 유통하여 상기 열관리 유체의 온도를 하강시키는 하나 이상의 공랭용 파이프; 및
    상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체에 침지되되, 전원에 의해 가열되어 상기 열관리 유체의 온도를 상승시키는 가열 매체
    를 포함하되,
    상기 복수의 배터리팩 각각에는 상기 하나 이상의 공랭용 파이프를 통과시키는 통공이 하나 이상 형성되고,
    상기 하나 이상의 공랭용 파이프는 상기 하나 이상의 통공을 통해 상기 복수의 배터리팩을 통과한 상태에서 상기 일단이 상기 제 1 측판을 관통하고, 상기 타단이 상기 제 2 측판을 관통함으로써, 상기 일단 또는 상기 타단을 통해 상기 하나 이상의 공랭용 파이프 내부로 유입된 외부 냉기에 의해 상기 열관리 유체의 온도를 하강시킬 때에 상기 복수의 배터리팩이 위치한 부분의 온도를 집중적으로 하강시키고,
    상기 가열 매체는 상기 배터리 장치의 주변 온도가 저온 상태이고, 상기 배터리 장치가 미동작 상태에서 상기 열관리 유체의 온도가 제 2 기준 이하로 하강할 때에 상기 전원에 의해 가열되어 상기 열관리 유체의 온도를 상승시키는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 외부에 배치되되, 상기 제 1 측판 및 상기 제 2 측판 중 어느 하나의 측판의 외측면에 배치되어 상기 하나 이상의 공랭용 파이프의 상기 일단 또는 상기 타단에 외부 냉기를 유입시키는 냉각 팬
    을 더 포함하는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체의 온도를 측정하고, 상기 열관리 유체의 온도가 제 1 기준 이상이면, 상기 냉각 팬에 전원을 공급하고, 상기 열관리 유체의 온도가 상기 제 2 기준 이하이면, 상기 가열 매체에 전원을 공급하는 유체 온도 관리 모듈
    을 더 포함하는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 케이스의 외부에 배치되되, 상기 제 1 측판 및 상기 제 2 측판 중 상기 냉각 팬이 배치된 측판의 반대 측판 외측면에 배치되어 상기 하나 이상의 공랭용 파이프의 상기 일단 또는 상기 타단으로부터 상기 외부 냉기를 유출시키는 냉기 유출용 냉각 팬
    을 더 포함하는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 열관리 유체의 온도를 측정하고, 상기 열관리 유체의 온도가 제 1 기준을 초과하되, 초과 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 상기 냉각 팬과 상기 냉기 유출용 냉각 팬에 전원을 공급하고, 상기 초과 온도가 일정 온도 이하인 경우에는 상기 냉각 팬에만 전원을 공급하며, 상기 열관리 유체의 온도가 상기 제 2 기준 이하이면, 상기 가열 매체에 전원을 공급하는 유체 온도 관리 모듈
    을 더 포함하는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 매체는 상기 케이스의 하측에 배치되는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 공랭용 파이프의 소재는 구리 및 알루미늄 중 어느 하나인 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 열관리 유체는 불소계 절연유체인 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    일측이 상기 케이스의 상판을 관통하여 상기 케이스의 내부에 위치하고, 타측은 상기 케이스의 외부에 위치하는 하나 이상의 히트 파이프 및 상기 하나 이상의 히트 파이프 각각의 타측과 결합한 상태로 상기 상판의 외측면에 배치되는 히트 싱크를 포함한 보조 냉각 모듈
    을 더 포함하는 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치.
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