KR102402185B1 - 예열 및 방열 기능를 구비한 이차전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 복수 개의 원통형 배터리셀을 N*M 배열로 구성한 배터리셀 집합체; 상호 복수 개의 원통형 배터리셀 사이의 공간에 배치되는 복수 개의 히팅봉; 상기 배터리셀 집합체의 하부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더; 상기 배터리셀 집합체의 상부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더; 상기 하부홀더의 하부에 배치되어 상기 히팅봉의 하단과 결합되는 하부지지체; 및 상기 상부홀더의 상부에 배치되어 상기 히팅봉의 상단과 결합되는 상부지지체;를 포함한다.

Description

예열 및 방열 기능를 구비한 이차전지팩{AN SECONDARY BATTERY PACK HAVING FUNCTION OF PRE-HEATING AND HEAT-RADIATING}
본 발명은 이차전지팩에 관한 것으로, 구체적으로는 예열 및 방열을 효율적으로 수행할 수 있는 이차전지팩에 관한 것이다.
최근에 화석연료의 고갈 염려 및 친환경 정책 등으로 인하여 전기로 구동되는 다양한 전기 구동 장치, 예컨대 전기자동차(Electric Vehicle), 전동식 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility) 등이 개발되고 있다.
이러한 전기 구동 장치는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하고 있으며, 배출가스가 전혀 발생하지 않는다는 장점이 있다.
특히 배터리는 일반적으로 충방전이 가능한 이차전지팩을 사용하며, 종래의 경우 복수의 이차전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결시켜 하나의 이차전지 모듈을 구성하고, 이차전지 모듈을 다수 개 모여서 하나의 이차전지팩을 구성되는 것이 일반적이다.
아울러 최근에는 한편, 최근에는 이차전지 모듈의 구성시 발생할 수 있는 비용을 절감하고 이차전지팩의 경량화를 도모하기 위하여 별도의 이차전지 모듈을 구성하지 않고, 하나의 이차전지팩에 다수의 이차전지셀을 그대로 내장하는 패키지 방식인 셀투팩(Cell to Pack) 방식이 제안되고 있다.
한편, 이차전지셀로는 일반적으로 리튬이온전지가 많이 사용되고 있는데, 리튬이온전지의 성능 및 안전성은 온도에 상당한 영향을 받으며, 특히 상술한 전기 구동 장치에 장착되는 이차전지의 경우 여름이나 겨울 등의 계절 변화에 따라 극한 온도 상황에 노출되므로 그 성능 및 안전성이 온도에 더 큰 영향을 받게 된다.
리튬이온전지의 저온 작동 시에는 전극활물질의 활성도와 리튬이온의 확산계수가 낮아짐으로써 전지의 성능이 급격하게 저하되며, 극한 상황에서는 전해질의 동결로 인하여 가동이 불가능해질 수 있으며, 나아가 충전용량이 상당히 저하될 수 있다.
반대로 리튬이온전지의 고온 작동시에는 저온에서와 유사하게 용량 감소와 전력 손실이 발생하고, 초고온 상황에서는 리튬이온전지 사용시 연쇄발열 반응으로 인하여 발생하는 열폭주 현상은 발화 및 폭발과 같은 심각한 사고를 유발할 수 있다.
따라서 내부의 열관리를 효율적이고 정교하게 실시함으로써 이차전지의 성능 저하를 방지하고 안전사고 발생을 방지할 수 있는 이차전지팩의 개발이 필요한 상황이다.
한편, 하기 선행기술문헌에는 직접 수냉 방식을 활용한 이차전지 모듈 및 이의 냉각방법에 관한 내용만을 개시하고 있을 뿐 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0006103호
본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
저온 환경하에서는 이차전지셀을 신속하고 균일하게 예열할 수 있으며, 고온 환경하에서는 이차전지셀을 신속하고 균일하게 방열할 수 있는 이차전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 복수 개의 원통형 배터리셀을 N*M 배열로 구성한 배터리셀 집합체; 상호 복수 개의 원통형 배터리셀 사이의 공간에 배치되는 복수 개의 히팅봉; 상기 배터리셀 집합체의 하부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더; 상기 배터리셀 집합체의 상부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더; 상기 하부홀더의 하부에 배치되어 상기 히팅봉의 하단과 결합되는 하부지지체; 및 상기 상부홀더의 상부에 배치되어 상기 히팅봉의 상단과 결합되는 상부지지체;를 포함한다.
상기 하부홀더 중 상기 배터리셀과 대응되는 영역에는 복수 개의 제1 삽입공이 형성되고, 상기 제1 삽입공과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제1 관통공이 형성되되, 상기 하부홀더의 하면 중 상기 제1 관통공 주변 영역에는 상기 제1 삽입공의 일부 영역과 간섭되는 제1 간섭영역이 형성되고, 상기 상부홀더 중 상기 배터리셀과 대응되는 영역에는 복수 개의 제2 삽입공이 형성되고, 상기 제2 삽입공과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제2 관통공이 형성되되, 상기 상부홀더의 상면 중 상기 제2 관통공 주변 영역에는 상기 제2 삽입공의 일부 영역과 간섭되는 제2 간섭영역이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부지지체 중 상기 제1 관통공과 대응되는 영역에는 제1 지지홀이 형성되고, 상기 하부지지체는, 9개의 제1 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제1 단위영역; 및 9개의 제1 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제2 단위영역;을 포함하고, 상기 제1 단위영역 및 제2 단위영역은 상호 인접하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 하부지지체의 하부 중 상기 제1 단위영역 또는 제2 단위영역과 대응되는 위치에 배치되는 적어도 하나의 하부팬;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상부지지체는, 상기 제2 관통공과 대응되는 영역에 제2 지지홀이 형성되는 제1 상부 플레이트; 일측이 상기 제1 상부 플레이트의 각 코너부에서 상부 방향으로 연장되어 형성되는 코너지지체; 및 상기 코너지지체의 타측과 결합되어 상기 상부 플레이트와 평행하도록 이격 배치되는 제2 상부 플레이트;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 상부 플레이트는, 9개의 제2 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되,
이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제3 단위영역; 및 9개의 제2 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제4 단위영역;을 포함하고, 상기 제3 단위영역 및 제4 단위영역은 상호 인접하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제2 상부 플레이트의 상부 중 상기 제3 단위영역 또는 제4 단위영역과 대응되는 위치에 배치되는 적어도 하나의 상부팬;을 더 포함하고, 상기 제2 상부 플레이트에는 상기 상부팬과 대응되는 영역에 배치되는 수직통풍구가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배터리셀 집합체 내부에 배치되어 상기 배터리셀의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도센서; 및 상기 온도센서의 검출값에 기초하여 상기 히팅봉, 하부팬 및 상부팬 중 적어도 하나를 제어하는 제어모듈;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 원통형 배터리셀 사이의 공간 일부에 히팅봉을 배치시킴으로써 배터리셀의 견고한 지지 및 배터리셀의 신속하고 효율적인 예열이 가능하다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 하부팬 및 상부팬을 구비함으로써 원통형 배터리셀의 신속하고 효율적인 방열이 가능하다는 장점이 있다.
아울러, 이차전지팩 내부를 복수 개의 단위유닛으로 분할하고, 각 단위유닛별 예열 및 방열을 독립적으로 제어함으로써 이차전지팩 내부의 배터리셀의 균일한 온도관리를 수행할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 배터리 모듈을 형성하여 배터리팩을 구성하는 종래의 방식을 탈피하고 배터리팩 내에 배터리 셀을 직접적으로 장착하는 셀투팩(Cell to Pack) 구조를 채용함으로써 배터리팩의 에너지 밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩에서 배터리셀 및 히팅봉의 배열을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩에서 하부/상부 홀더의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩의 구성 중 하부지지체의 저면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩의 구성 중 상부지지체의 사시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩 중 제1 단위모듈 및 제2 단위모듈을 간략히 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩의 제어내용을 설명하기 위한 블록도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 배터리셀 집합체, 히팅봉(200), 하부홀더(300), 상부홀더(400), 하부지지체(500) 및 상부지지체(600)를 포함하도록 구성된다.
배터리셀 집합체는 복수 개의 원통형 배터리셀(100)을 N*M 배열로 구성하고 있으며, 여기에서 N 및 M은 양의 정수로 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 10*10 배열로 배터리셀(100)을 배치할 수 있다.
히팅봉(200)은 복수 개의 원통형 배터리셀(100) 사이의 공간에 배치되는 구성이며, 이러한 히팅봉(200)은 전원 인가에 의하여 발열하여 인접한 배터리셀(100)을 가열하는 기능을 수행하며, 이를 통하여 저온 환경하에서의 배터리셀(100)을 가온하여 배터리셀(100)의 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 히팅봉(200)의 상단에는 후술할 상부지지체(600)와의 결합을 위하여 체결유닛(210)이 형성될 수 있으며, 체결유닛(210)을 통하여 히팅봉(200)을 견고히 고정시킬 수 있으며, 이를 통하여 이차전지팩의 구조적인 안정성을 확보할 수 있게 된다.
특히 히팅봉(200)이 배터리셀(100)과 배터리셀(100) 사이의 모든 공간에 배치되는 것도 가능하지만, 도 5에 도시된 바와 같이 일부 공간에만 배치하는 것이 비용절감 측면에서 바람직하다.
이러한 히팅봉(200)은 일반적인 발열체로 구성되어 전원 인가시 저항의 역할을 수행함으로써 인접한 배터리셀을 가온시키는 것도 가능하며, 나아가 히팅봉(200)을 펠티에 소자로 구성할 경우 배터리셀(100)의 온도를 높이는 기능 뿐만 아니라 배터리셀(100)의 온도를 낮추는 기능을 함께 수행할 수 있다.
하부홀더(300)는 배터리셀 집합체의 하부에 배치되어 원통형 배터리셀(100)의 하단을 지지하는 기능을 수행하며, 동시에 배터리셀(100)의 일측과 전기적으로 도통하도록 구성됨으로써 배터리셀(100) 간의 전기적으로 연결시키는 기능을 수행한다.
이러한 하부홀더(300)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 하부홀더(300) 중 배터리셀(100)과 대응되는 영역에는 복수 개의 제1 삽입공(310)이 형성되며, 제1 삽입공(310)과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제1 관통공(320)이 형성된다.
여기에서 배터리셀(100)의 하부 외주면이 제1 삽입공(310)에 삽입될 수 있도록 제1 삽입공(310)의 직경은 배터리셀(100)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하며, 제1 관통공(320)의 직경은 히팅봉(200)이 통과할 수 있도록 히팅봉(200)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 하부홀더(300)의 하면 중 제1 관통공(320) 주변 영역에는 제1 삽입공(310)의 일부 영역과 간섭되는 제1 간섭영역(330)이 형성되며, 이를 통하여 배터리셀(100)의 하단은 제1 간섭영역(330)에 의하여 지지될 수 있게 된다.
상부홀더(300)는 배터리셀 집합체의 상부에 배치되어 원통형 배터리셀(100)의 상단을 지지하는 기능을 수행하며, 동시에 배터리셀(100)의 타측과 전기적으로 도통하도록 구성됨으로써 배터리셀(100) 간의 전기적으로 연결시키는 기능을 수행한다.
상부홀더(400) 또한 하부홀더(300)와 동일하게 구성되는데, 이러한 상부홀더(400)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상부홀더(400) 중 배터리셀(100)과 대응되는 영역에는 복수 개의 제2 삽입공(410)이 형성되며, 제2 삽입공(410)과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제2 관통공(420)이 형성된다.
여기에서 배터리셀(100)의 상부 외주면이 제2 삽입공(410)에 삽입될 수 있도록 제2 삽입공(410)의 직경은 배터리셀(100)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하며, 제2 관통공(420)의 직경은 히팅봉(200)이 통과할 수 있도록 히팅봉(200)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상부홀더(400)의 상면 중 제2 관통공(420) 주변 영역에는 제2 삽입공(410)의 일부 영역과 간섭되는 제2 간섭영역(430)이 형성되며, 이를 통하여 배터리셀(100)의 상단은 제2 간섭영역(430)에 의하여 지지될 수 있게 된다.
하부지지체(500)는 하부홀더(300)의 하부에 배치되어 히팅봉(200)의 하단과 결합하는 기능을 수행하는 구성으로, 하부지지체(500) 중 제1 관통공(320)과 대응되는 영역에는 제1 지지홀(510)이 형성되며, 제1 지지홀(510)의 직경은 히팅봉(200)의 직경과 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 총 100개의 원통형 배터리셀(100)이 10*10 배열로 배터리셀 집합체를 형성할 경우, 하부지지체(500)에는 도 8에 도시된 바와 같이 배터리셀(100)과 배터리셀(100) 사이의 간격마다 형성되는 총 81개의 제1 지지홀(510)이 형성되며, 81개의 제1 지지홀(510)은 9*9 배열로 배치된다.
이때 하부지지체(500)를 3*3의 단위배열로 배치된 9개의 제1 지지홀(510)을 포함하는 총 9개의 단위영역으로 구분될 수 있다.
먼저 제1 단위영역(500a)은 9개의 제1 지지홀(510)이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되며, 여기에서 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀에 히팅봉(200)이 삽입되며, 히팅봉(200)이 삽입되지 않는 나머지 4개의 제1 지지홀(510)은 통풍구 역할을 수행하게 된다.
즉, 중심홀을 기준으로 5개의 제1 지지홀(510)이 X자 형상으로 배치되며, 상호 전기적 도통을 위하여 하부지지체(500)의 제1 단위영역(500a)에는 도 8에 도시된 바와 같이 X자 형상의 도전경로가 형성되며, 이로 인하여 5개의 히팅봉(200) 중 어느 하나의 히팅봉(200), 예를 들어 중심홀에 삽입된 히팅봉(200)에 전원을 인가할 경우, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀에 삽입된 4개의 히팅봉(200)에도 함께 전원이 인가되게 된다.
제2 단위영역(500b)은 9개의 제1 지지홀(510)이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되며, 여기에서 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀에 히팅봉(200)이 삽입되며, 히팅봉(200)이 삽입되지 않는 나머지 5개의 제1 지지홀(510)은 통풍구 역할을 수행하게 된다.
즉, 4개의 제1 지지홀(510)이 마름모 형상으로 배치되며, 상호 전기적 도통을 위하여 하부지지체(500)의 제2 단위영역(500b)에는 도 8에 도시된 바와 같이 마름모 형상의 도전경로가 형성되며, 이로 인하여 4개의 히팅봉(200) 중 어느 하나의 히팅봉(200), 예를 들어 좌측홀에 삽입된 히팅봉(200)에 전원을 인가할 경우, 우측홀, 상측홀 및 하측홀에 삽입된 3개의 히팅봉(200)에도 함께 전원이 인가되게 된다.
아울러 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b)은 상호 인접하지 않도록 배치되며, 이때 총 81개의 제1 지지홀(510)이 형성된 하부지지체(500)는 도 8에 도시된 바와 같이 5개의 제1 단위영역(500a) 및 4개의 제2 단위영역(500b)을 포함하도록 구성되게 된다.
한편 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b) 내의 히팅봉(200)의 배열방식은 앞서 설명한 실시예에 한정되지 않으며, 각 단위영역(500a, 500b)의 중심홀에 하나의 히팅봉(200)만을 배치하는 실시예 또한 가능하며, 이 경우 앞서 언급한 실시예 대비 예열성능은 다소 떨어질 수 있으나 제조단가를 절감할 수 있다는 장점이 있으며, 따라서 요구되는 이차전지팩의 사양을 고려하여 다양한 방식의 히팅봉(200)의 배열구조를 설계할 수 있을 것이다.
상부지지체(600)는 상부홀더(400)의 상부에 배치되어 히팅봉(200)의 상단이 결합되는 구성으로, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 상부 플레이트(610), 코너지지체(620) 및 제2 상부 플레이트(630)를 포함하도록 구성된다.
제1 상부 플레이트(610)는 제2 관통공(420)과 대응되는 영역에 제2 지지홀(611)이 형성되며, 제2 지지홀(611)의 하부 직경은 히팅봉(200)의 직경과 동일하도록 형성되고, 상부 직경은 체결유닛(210)이 삽입될 수 있도록 히팅봉(200)의 직경보다 크게 형성되어, 체결유닛(210)의 체결을 통하여 이차전지팩 내에 히팅봉(200)을 견고히 고정시킬 수 있게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 총 100개의 원통형 배터리셀(100)이 10*10 배열로 배터리셀 집합체를 형성할 경우, 제1 상부 플레이트(610)에는 도 9에 도시된 바와 같이 배터리셀(100)과 배터리셀(100) 사이의 간격마다 형성되는 총 81개의 제2 지지홀(611)이 형성되며, 81개의 제2 지지홀(611)은 9*9 배열로 배치된다.
이때 하부지지체(500)와 마찬가지로 제1 상부 플레이트(610)를 3*3의 단위배열로 배치된 9개의 제2 지지홀(611)을 포함하는 총 9개의 단위영역으로 구분될 수 있다.
먼저 제3 단위영역(610a)은 상술한 제1 단위영역(500a)와 대응되도록 구성되며, 구체적으로 9개의 제2 지지홀(611)이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되며, 여기에서 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀에 히팅봉(200)이 삽입되며, 히팅봉(200)이 삽입되지 않는 나머지 4개의 제2 지지홀(611)은 통풍구 역할을 수행하게 된다.
즉, 중심홀을 기준으로 5개의 제2 지지홀(611)이 X자 형상으로 배치되며, 상호 전기적 도통을 위하여 제1 상부 플레이트(610)의 제3 단위영역(510a)에는 도 8에 도시된 바와 같이 X자 형상의 도전경로가 형성된다.
제4 단위영역(610b)은 상술한 제2 단위영역(500b)과 대응되도록 구성되며, 구체적으로 9개의 제2 지지홀(611)이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되며, 여기에서 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀에 히팅봉(200)이 삽입되며, 히팅봉(200)이 삽입되지 않는 나머지 5개의 제2 지지홀(611)은 통풍구 역할을 수행하게 된다.
즉, 4개의 제2 지지홀(611)이 마름모 형상으로 배치되며, 상호 전기적 도통을 위하여 제1 상부 플레이트(610)의 제4 단위영역(610b)에는 도 9에 도시된 바와 같이 마름모 형상의 도전경로가 형성된다.
아울러 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610b)은 상호 인접하지 않도록 배치되며, 이때 총 81개의 제2 지지홀(611)이 형성된 제1 상부 플레이트(610)는 도 9에 도시된 바와 같이 5개의 제3 단위영역(610a) 및 4개의 제4 단위영역(610b)을 포함하도록 구성되게 된다.
한편 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610b) 내의 히팅봉(200)의 배열방식은 앞서 설명한 실시예에 한정되지 않으며, 각 단위영역(610a, 610b)의 중심홀에 하나의 히팅봉(200)만을 배치하는 실시예 또한 가능하며, 이 경우 앞서 언급한 실시예 대비 예열성능은 다소 떨어질 수 있으나 제조단가를 절감할 수 있다는 장점이 있으며, 따라서 요구되는 이차전지팩의 사양을 고려하여 다양한 방식의 히팅봉(200)의 배열구조를 설계할 수 있을 것이다.
코너지지체(620)는 일측이 제1 상부 플레이트(610)의 각 코너부에서 상부 방향으로 연장되어 형성되는 구성이며, 제2 상부 플레이트(630)는 코너지지체(620)의 타측과 결합되는 구성이다.
상기 구조에 의하여 제2 상부 플레이트(630)는 제1 상부 플레이트(610)와 평행하도록 이격 배치되며, 제1 상부 플레이트(610) 및 제2 상부 플레이트(630) 사이에는 도 9에 도시된 바와 같이 수평송풍구(630)가 형성된다.
아울러 제2 상부 플레이트(630) 중 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(620b)과 대응되는 영역에는 수직송풍구(640)가 배치되는데, 이에 대한 자세한 내용은 후술하도록 한다.
하부팬(700)은 상술한 하부지지체(500)의 하부 중 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b)과 대응되는 위치에 배치되는 구성이며, 이러한 하부팬(700)은 하부지지체(500)의 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b) 별로 각각 배치되므로, 도 8과 같이 하부지지체(500)의 단위영역이 9개인 경우라면 하부팬(700) 또한 9개가 배치된다.
이러한 하부팬(700)은 이차전지팩의 냉각을 위하여 외기를 이차전지팩으로 유입하는 기능을 수행하며, 하부팬(700)이 구동되는 경우 외기는 히팅봉(200)이 삽입되어 있지 않은 제1 지지홀(510) 및 제1 관통공(320)을 경유하여 배터리셀 집합체로 유입된다.
또한 배터리셀 집합체로 유입된 외기는 배터리셀(100)과 열교환을 한 후 히팅봉(200)이 삽입되어 있지 않은 제2 관통공(420) 및 제2 지지홀(611)을 경유한 후 상부지지체(600)의 수평송풍구(650)를 통해 외부로 배출된다.
상부팬(800)은 상술한 제2 상부 플레이트(630)의 상부 중 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610b)과 대응되는 위치에 배치되는 구성이며, 이러한 상부팬(800)은 상부지지체(600)의 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610b) 별로 각각 배치되므로, 도 9와 같이 제1 상부 플레이트(610)의 단위영역이 9개인 경우라면 상부팬(800) 또한 9개가 배치된다.
이러한 상부팬(800)은 이차전지팩의 내부의 열을 외부로 방출시키는 기능을 수행하며, 상부팬(800)이 구동되는 경우 이차전지팩 내부의 고온의 공기는 히팅봉(200)이 삽입되어 있지 않은 제2 관통공(420), 제2 지지홀(611) 및 수직송풍구(640)를 경유하여 상부팬(800)을 통해 외부로 배출된다.
아울러 하부팬(700) 및 상부팬(800)은 배터리셀 집합체의 내부 온도에 기초하여 동시에 구동될 수도 있고, 어느 하나만 구동되는 것도 가능할 것이다.
나아가 앞에서는 하부팬(700)은 외기를 이차전지팩 내부로 도입하는 기능을 수행하고 상부팬(800)은 내부의 공기를 이차전지팩 외부로 배출하는 실시예에 대하여 설명하였으나, 하부팬(700) 및 상부팬(800)의 구동방식은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 상황에 따라 하부팬(700) 및 상부팬(800) 모두 이차전지팩 내부의 열기를 외부로 배출하는 방식으로 구동되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 상술한 바와 같이 하부지지체(500)가 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b)으로 구분되고, 상부지지체(600) 중 제1 상부 플레이트(610)가 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610b)으로 구분되어 있으며, 제1 단위영역(500a) 및 제2 단위영역(500b)은 각각 제3 단위영역(610a) 및 제4 단위영역(610)b)과 상호 대응되도록 구성되어 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 각 단위영역별로 구성된 제1 단위모듈(10a) 및 제2 단위모듈(10b)로 구분될 수 있다.
제1 단위모듈(10a)은 도 10에 도시된 바와 같이 제1 단위영역(500a) 및 제3 단위영역(610a) 사이에 체결되는 5개의 히팅봉(200)과, 제1 단위영역(500a)의 하부에 배치되는 한 개의 하부팬(700) 및 제3 단위영역(610a)의 상부에 배치되는 한 개의 상부팬(700)으로 구성되며, 해당 단위영역의 온도를 검출하기 위한 온도센서(900)를 더 포함하도록 구성된다.
제2 단위모듈(10b)은 도 11에 도시된 바와 같이 제2 단위영역(500b) 및 제4 단위영역(610b) 사이에 체결되는 4개의 히팅봉(200)과, 제2 단위영역(500b)의 하부에 배치되는 한 개의 하부팬(700) 및 제4 단위영역(610b)의 상부에 배치되는 한 개의 상부팬(700)으로 구성되며, 해당 단위영역의 온도를 검출하기 위한 온도센서(900)를 더 포함하도록 구성된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩에서 배터리셀 집합체가 100개의 배터리셀(100)이 10*10 배열로 형성되고, 배터리셀(100) 사이의 공간에 배치되는 81개의 히팅봉(200)이 9*9 배열로 배치될 경우, 제1 단위모듈(10a) 및 제2 단위모듈(10b)은 각각 5개 및 4개로 구성되어 이차전지팩은 총 9개의 단위모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
제어모듈(1000)은 도 12에 도시된 바와 같이 각 단위모듈(10a, 10b)을 개별적으로 제어하는 구성으로, 각 단위모듈(10a, 10b)에 배치된 온도센서의 검출값에 기초하여 히팅봉(200), 하부팬(700) 및 상부팬(800)을 제어하는 기능을 수행한다.
상기와 같은 구성에 의하여 이차전지팩의 온도관리를 수행할 때 이차전지팩 내의 모든 이차전지셀(100)의 승온 및 방열을 진행하지 않고 구분된 각 영역의 온도를 고려하여 각 영역의 개별적인 온도관리가 가능하게 되며, 이를 통하여 이차전지셀(100)의 균일한 온도의 조절이 가능하게 된다는 장점이 있다.
또한, 각 단위모듈(10a, 10b)을 동일하게 구성할 수 있으며, 예를들면 하나의 단위모듈(10a, 10b)에 하나의 히팅봉(200)만을 포함하도록 구성함으로써 예열 효율은 다소 떨어지지만 제조단가를 절감하고 제품중량을 낮출 수 있는 이차전지팩의 제공 또한 가능할 것이다.
나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩은 다른 이차전지팩과 결합할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이를 위하여 하부홀더(300), 상부홀더(400), 하부지지체(500) 및 상부지지체(600) 중 어느 하나에는 타 이차전지팩과의 물리적 및 전기적 체결을 위한 체결영역이 형성될 수 있다.
예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하부홀더(300) 및 하부지지체(500) 사이에는 복수 개의 측면개구가 형성될 수 있으며, 상부홀더(400) 및 상부지지체(600) 사이 또한 복수 개의 측면개구가 형성될 수 있는데, 별도로 구비된 결합편의 일측 및 타측을 두 개의 이차전지팩의 측면에 각각 체결하도록 구성함으로써 두 개의 이차전지팩 간을 용이하게 결합할 수 있으며, 이를 통하여 이차전지팩의 용량 및 사이즈를 자유롭게 확장할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10a: 제1 단위모듈
10b: 제2 단위모듈
100: 배터리셀
200: 히팅봉
300: 하부홀더
400: 상부홀더
500: 하부지지체
500: 상부지지체
700: 하부팬
800: 상부팬
900: 온도센서
1000: 제어모듈

Claims (8)

  1. 복수 개의 원통형 배터리셀을 N*M 배열로 구성한 배터리셀 집합체;
    상호 복수 개의 원통형 배터리셀 사이의 공간에 배치되는 복수 개의 히팅봉;
    상기 배터리셀 집합체의 하부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더;
    상기 배터리셀 집합체의 상부에 배치되어 상기 원통형 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더;
    상기 하부홀더의 하부에 배치되어 상기 히팅봉의 하단과 결합되는 하부지지체; 및
    상기 상부홀더의 상부에 배치되어 상기 히팅봉의 상단과 결합되는 상부지지체;
    를 포함하고,
    상기 하부홀더 중 상기 배터리셀과 대응되는 영역에는 복수 개의 제1 삽입공이 형성되고, 상기 제1 삽입공과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제1 관통공이 형성되되, 상기 하부홀더의 하면 중 상기 제1 관통공 주변 영역에는 상기 제1 삽입공의 일부 영역과 간섭되는 제1 간섭영역이 형성되고,
    상기 상부홀더 중 상기 배터리셀과 대응되는 영역에는 복수 개의 제2 삽입공이 형성되고, 상기 제2 삽입공과 중첩되지 않은 영역에는 복수 개의 제2 관통공이 형성되되, 상기 상부홀더의 상면 중 상기 제2 관통공 주변 영역에는 상기 제2 삽입공의 일부 영역과 간섭되는 제2 간섭영역이 형성되고,
    상기 상부지지체는, 상기 제2 관통공과 대응되는 영역에 제2 지지홀이 형성되는 제1 상부 플레이트;와, 일측이 상기 제1 상부 플레이트의 각 코너부에서 상부 방향으로 연장되어 형성되는 코너지지체;와, 상기 코너지지체의 타측과 결합되어 상기 상부 플레이트와 평행하도록 이격 배치되는 제2 상부 플레이트;를 포함하는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 하부지지체 중 상기 제1 관통공과 대응되는 영역에는 제1 지지홀이 형성되고,
    상기 하부지지체는,
    9개의 제1 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제1 단위영역; 및
    9개의 제1 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제2 단위영역;
    을 포함하고,
    상기 제1 단위영역 및 제2 단위영역은 상호 인접하지 않도록 배치되는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부지지체의 하부 중 상기 제1 단위영역 또는 제2 단위영역과 대응되는 위치에 배치되는 적어도 하나의 하부팬;
    을 더 포함하는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 상부 플레이트는,
    9개의 제2 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 중심홀, 좌상측홀, 좌하측홀, 우상측홀 및 우하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제3 단위영역; 및
    9개의 제2 지지홀이 3*3의 단위배열로 형성되되, 이 중 좌측홀, 우측홀, 상측홀 및 하측홀은 상호 전기적으로 도통하도록 형성되는 제4 단위영역;
    을 포함하고,
    상기 제3 단위영역 및 제4 단위영역은 상호 인접하지 않도록 배치되는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 상부 플레이트의 상부 중 상기 제3 단위영역 또는 제4 단위영역과 대응되는 위치에 배치되는 적어도 하나의 상부팬;
    을 더 포함하고,
    상기 제2 상부 플레이트에는 상기 상부팬과 대응되는 영역에 배치되는 수직통풍구가 형성되는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리셀 집합체 내부에 배치되어 상기 배터리셀의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도센서; 및
    상기 온도센서의 검출값에 기초하여 상기 히팅봉, 하부팬 및 상부팬 중 적어도 하나를 제어하는 제어모듈;
    을 더 포함하는 예열 및 방열 기능을 구비한 이차전지팩.
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