KR102511098B1 - 배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩용 복합 패널은 배터리셀의 적어도 일면에 구비된 배터리팩용 복합 패널로서, 방열시트부, 소정의 영역에 형성된 발열 회로패턴을 포함하는 히팅시트부 및 배터리셀 외부 온도 및 부풀음 중 어느 하나 이상을 감지하는 센서부를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩은, 센서부를 포함함에 따라 배터리셀의 온도 및 부풀음을 감지할 수 있으며, 방열시트부를 포함함에 따라 우수한 방열특성을 가지면서도, 히팅시트부로 인하여 소정의 발열이 가능함에 따라 배터리셀의 온도 조절이 매우 용이한 효과를 동시에 발현할 수 있다.

Description

배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩{Composite panel for battery pack and battery pack including the same}
본 발명은 배터리팩용 복합 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 등의 산업의 급속한 발전에 따라 고출력의 리튬이온배터리가 널리 사용되고 있는데, 휴대폰 및 노트북과 같은 휴대용 전자기기에 사용될 뿐 아니라, 고출력 및 고전력을 필요로하는 전동공구, 전동 자전거 및 자동차 등의 중대형 장치에도 그 사용이 확대되고 있다.
이러한 이유로 중대형 장치에 리튬이온배터리를 적용하기 위해 복수의 배터리셀을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 대용량의 배터리 모듈이 구현되고 있다.
한편, 리튬이온배터리의 온도가 높아질 경우 충전량이 감소하거나, 음극이 전해액과 반응하는 등 배터리의 전반적인 성능이 저하될 수 있고, 온도가 낮아질 경우 배터리 수명이 단축되거나, 충전 속도가 저하되는 등 배터리의 전반적인 성능이 저하될 수 있음에 따라 균일한 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 리튬계열 배터리들은 충전에 의해서 부풀어오름 현상이 발생하고, 방전에 의해서 부풀어오름이 없어지지만 충전과 방전을 반복하다보면 근본적으로 부풀어오름이 제거되지 않고 배터리가 불룩 부풀어오르는 스웰링현상이 발생하게 되고 그 정도가 심하게 되면 제품의 불량판정을 받게 된다.
이에, 배터리의 온도 및 부풀음을 감지할 수 있고, 우수한 방열특성을 가지면서도 소정의 발열이 가능함에 따라 온도 조절이 매우 용이한 효과를 동시에 발현할 수 있는 배터리 관리 시스템의 개발이 시급한 실정이다.
등록특허공보 제10-0835743호(공고일: 2008.06.05)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 배터리셀의 온도 및 부풀음을 감지할 수 있는 배터리팩용 복합 패널을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우수한 방열특성을 가지면서도 소정의 발열이 가능함에 따라 배터리셀의 온도 조절이 매우 용이한 효과를 동시에 발현할 수 있는 배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 배터리셀의 적어도 일면에 구비된 배터리팩용 복합 패널로서, 방열시트부, 소정의 영역에 형성된 발열 회로패턴을 포함하는 히팅시트부 및 배터리셀 외부 온도 및 부풀음 중 어느 하나 이상을 감지하는 센서부를 포함하는 배터리팩용 복합 패널을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 방열시트부는 제1방열시트부 및 제2방열시트부를 포함할 수 있고, 상기 제1방열시트부 및 제2방열시트부 사이에, 상기 히팅시트부 및 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히팅시트부는, 상기 제1방열시트부 및 제2방열시트부 중 어느 하나 이상에 접하도록 일면 또는 양면에 형성된 발열 회로패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는 압력센서 및 온도센서 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는 상기 히팅시트부에 인접하여 구비될 수 있다.
또한, 상기 히팅시트부는 상기 센서부의 일부 또는 전부를 수용하기 위한 수용부를 포함할 수 있고, 상기 센서부는 상기 수용부에 일부 또는 전부 수용될 수 있다.
또한, 상기 방열시트부는 방열플라스틱, 탄소계 시트, 금속계 시트 및 세라믹 시트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소계 시트는 그라파이트 시트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열플라스틱은, 고분자 수지 및 방열 필러를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열시트부 외부면에 절연처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리셀 및 상기 배터리셀의 적어도 일면에 구비되는, 상술한 배터리팩용 복합 패널을 포함하는 배터리팩을 제공한다.
본 발명에 의하면, 배터리팩용 복합 패널 및 이를 포함하는 배터리팩은, 센서부를 포함함에 따라 배터리셀의 온도 및 부풀음을 감지할 수 있으며, 방열시트부를 포함함에 따라 우수한 방열특성을 가지면서도, 히팅시트부로 인하여 소정의 발열이 가능함에 따라 배터리셀의 온도 조절이 매우 용이한 효과를 동시에 발현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩용 복합 패널의 모식도,
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리팩용 복합 패널의 단면모식도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패터리팩의 단면모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리팩용 복합 패널(100)은, 배터리셀의 적어도 일면에 구비된 배터리팩용 복합 패널로서, 방열시트부(110), 소정의 영역에 형성된 발열 회로패턴을 포함하는 히팅시트부(120); 및 배터리셀 외부 온도 및 부풀음 중 어느 하나 이상을 감지하는 센서부(130)를 포함하여 구현된다.
먼저, 상기 방열시트부(110)에 대하여 설명한다.
상기 방열시트부(110)는 배터리팩용 복합 패널(100)에 구비되어 배터리셀의 온도를 조절하는 기능을 수행한다.
상기 방열시트부(110)는 상술한 배터리셀의 온도를 조절하는 기능을 수행할 수 있는 소재라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 방열플라스틱, 탄소계 시트, 금속계 시트 및 세라믹 시트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방열시트부가 방열플라스틱으로 형성되는 경우, 상기 방열플라스틱은 고분자 수지 및 방열 필러를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 고분자 수지는 상기 방열 필러를 담지하면서, 발열에 따른 물성변화가 적은 수지라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다. 상기 폴리아미드는 나일론6, 나일론66, 나일론11, 나일론610, 나일론12, 나일론46, 나일론9T(PA-9T), 키아나 및 아라미드 등 공지된 폴리아미드계 화합물일 수 있다.
일 예로, 상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트 등 공지된 폴리에스테르계 화합물일 수 있다.
다른 예로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌비닐알코올 등 공지된 폴리올레핀계 화합물일 수 있다.
상기 액정고분자는 용액 혹은 용해된 상태에서 액정성을 나타내는 고분자의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 공지된 종류일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 방열필러는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 방열필러라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 금 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속, 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세라믹 및 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소소재로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 방열시트부가 탄소계 시트를 포함하는 경우, 상기 탄소계 시트는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 탄소계 시트라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 그라파이트 시트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열시트부가 금속계 시트를 포함하는 경우, 상기 금속계 시트는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 금속계 시트라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 Ti, Sn, Au, Pt, Pd, Ni, Cu, Ag, Al, Zn 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
그리고, 상기 방열시트부가 세라믹 시트를 포함하는 경우, 상기 세라믹 시트는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 소재의 세라믹 시트라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열시트부(110) 외부면에 절연처리부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 절연처리부는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 절연처리 방법을 통해 형성된 절연처리부일 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
상기 절연처리부는, 상기 방열시트부(110) 외부면 중 후술하는 배터리셀(200) 및/또는 히팅시트부(120, 121)과 접하는 면에만 형성되거나, 외부면 전면에 형성될 수도 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 방열시트부(111)는 제1방열시트부(111a) 및 제2방열시트부(111b)를 포함할 수 있고, 상기 제1방열시트부(111a) 및 제2방열시트부(111b) 사이에, 후술하는 히팅시트부(121) 및 센서부(131)를 포함할 수 있다.
다음, 상기 히팅시트부(120, 121)에 대하여 설명한다.
상기 히팅시트부(120, 121)는, 지지부재 상 소정의 영역에 형성된 발열 회로패턴을 포함하며, 이에 따라, 배터리 온도의 저하를 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 상기 지지부재는 필름 형상 또는 웹 형상일 수 있으며, 바람직하게는 기공에 따른 열전도도 저하를 방지하기 위하여 필름 형상일 수 있다.
상기 지지부재가 필름 형상일 경우, 상기 지지부재는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 소재의 경우 제한 없이 사용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 지지부재가 웹 형상일 경우, 상기 지지부재는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 소재의 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystylene), 폴리비닐알코올(polyvinylalchol), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이더이미드(polyetherimide), 폴리이더술폰(polyesthersulphone), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 및 불소계화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 발열 회로패턴은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 방법을 통해 형성할 수 있으며, 바람직하게는 인쇄, 도금 및 증착 등을 통해 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 발열 회로패턴은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 물질을 통해 형성할 수 있으며, 바람직하게는 Ti, Sn, Au, Pt, Pd, Ni, Cu, Ag, Al, Zn 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 히팅시트부(121)는 상기 제1방열시트부(111a) 및 제2방열시트부(111b) 중 어느 하나 이상에 접하도록 일면 또는 양면에 발열 회로패턴을 포함할 수 있고, 바람직하게는 양면에 발열 회로패턴을 포함하는 것이 배터리셀의 온도 조절에 더욱 용이할 수 있다.
또한, 상기 히팅시트부(121)는 후술하는 센서부(131)의 일부 또는 전부를 수용하기 위한 수용부를 포함할 수 있다.
다음, 상기 센서부(130, 131)에 대하여 설명한다.
상기 센서부(130, 131)는 압력센서(130a, 131a) 및 온도센서(130b, 131b) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 압력센서(130a, 131a) 및 온도센서(130b, 131b)를 모두 포함하는 것이, 배터리셀의 부풀음 및 온도를 감지하는 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
또한, 상기 센서부(130, 131)에 구비되는 압력센서(130a, 131a) 및 온도센서(130b, 131b)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 접하도록 배치될 수도 있고, 소정의 이격 거리를 가지도록 배치될 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 센서부(130)는 상기 히팅시트부(120)에 인접하여 구비될 수 있고, 바람직하게는 상기 센서부(131)는 상술한 히팅시트부(121)의 수용부에 일부 수용되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 센서부(131)는 상술한 히팅시트부(121)의 수용부에 전부 수용될 수 있다. 이로 인해, 후술하는 센서부(131)의 돌출 정도가 저하됨에 따라 단차가 현격히 감소되거나, 센서부(131)가 돌출되지 않음에 따라 복합 패널에 단차가 발생하지 않으며, 배터리셀의 부풀음 및 온도 감지 기능의 정확성을 향상시킬 수 있다. 특히 배터리셀과 인접하는 다른 배터리셀 사이에 본 발명에 따른 배터리팩용 복합 패널(101)이 배치되는 경우, 인접하는 배터리셀 중 어떤 배터리셀에서 부풀음 및 온도 저하가 발생하더라도 이를 감지할 수 있는 효과를 발현할 수 있다.
한편, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리셀(200) 및 상기 배터리셀(200)의 적어도 일면에 구비되는 상술한 배터리팩용 복합 패널(101)을 포함하는 배터리팩(1000)을 제공한다.
상술한 배터리팩용 복합 패널(101)이 상기 배터리셀(200)의 적어도 일면에, 바람직하게는 일면과 상기 일면에 대향하는 타면에 구비됨에 따라 배터리셀의 부풀음 및 온도를 감지할 수 있으며, 우수한 방열특성을 가지면서도, 소정의 발열이 가능함에 따라 배터리셀의 온도 조절이 용이한 효과를 동시에 발현할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 배터리팩 및, 상기 배터리팩에 전기적으로 연결되어 감지되는 온도에 따른 온도 제어 및 부풀음을 감지하는 제어부를 구비하는 배터리팩 제어 시스템을 제공한다.
이때 상기 배터리팩 제어 시스템은, 상기 배터리팩과 제어부를 전기적으로 연결하는 케이블을 더 포함할 수 있으며, 상기 케이블은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 케이블이라면 제한 없이 사용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 배터리팩 제어 시스템은, 상기 배터리팩 하부에 배치되어 배터리팩의 온도를 저하시키는 기능을 수행할 수 있는 냉각부를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각부는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 냉각부라면 제한 없이 사용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100, 101: 배터리팩용 복합 패널
110, 111: 방열시트부
111a: 제1방열시트부
111b: 제2방열시트부
120, 121: 히팅시트부
130a, 131a: 온도센서
130b, 131b: 압력센서
130, 131: 센서부
200: 배터리셀
1000: 배터리팩

Claims (11)

  1. 배터리셀의 적어도 일면에 구비된 배터리팩용 복합 패널로서,
    제1방열시트부와 제2방열시트부를 포함하는 방열시트부;
    상기 제1방열시트부와 제2방열시트부 중 어느 하나 이상에 접하도록 일면 또는 양면에 형성된 발열 회로패턴을 포함하는 히팅시트부; 및
    온도센서 및 압력센서를 포함하여 배터리셀 외부 온도 및 부풀음 중 어느 하나 이상을 감지하는 센서부;를 포함하고,
    상기 방열시트부는 상기 제1방열시트부와 제2방열시트부 사이에 상기 히팅시트부 및 센서부를 포함하는 배터리팩용 복합 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 히팅시트부에 인접하여 구비되는 배터리팩용 복합 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히팅시트부는 상기 센서부의 일부 또는 전부를 수용하기 위한 수용부를 포함하고,
    상기 센서부는 상기 수용부에 일부 또는 전부 수용되는 배터리팩용 복합 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열시트부는 방열플라스틱, 탄소계 시트, 금속계 시트 및 세라믹 시트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 배터리팩용 복합 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 시트는 그라파이트 시트를 포함하는 배터리팩용 복합 패널.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 방열플라스틱은, 고분자 수지 및 방열 필러를 포함하여 형성된 배터리팩용 복합 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열시트부 외부면에 절연처리부;를 더 포함하는 배터리팩용 복합 패널.
  11. 배터리셀; 및
    상기 배터리셀의 적어도 일면에 구비되는, 제1항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리팩용 복합 패널;을 포함하는 배터리팩.
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