KR102553377B1

KR102553377B1 - 전기 자동차용 에너지 저장 시스템

Info

Publication number: KR102553377B1
Application number: KR1020230000105A
Authority: KR
Inventors: 황성종
Original assignee: 황성종
Priority date: 2023-01-02
Filing date: 2023-01-02
Publication date: 2023-07-06

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하며 상부가 개방된 형태로 형성되는 하우징; 상기 하우징의 개방된 상부를 덮도록 형성되는 상호연결층; 상기 상호연결층 상부에 배치되는 제1 절연층; 및 상기 절연층 상부에 배치되는 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 인쇄회로기판에는 복수의 전자 부품들이 탑재되며, 상기 절연층 및 인쇄회로기판에는 상기 복수의 배터리 셀의 고장 시 유해가스 배출을 위해 형성되며 우선적으로 파열되는 복수개의 홀이 형성된, 전기 자동차용 에너지 저장 시스템이 제공된다.

Description

전기 자동차용 에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM FOR ELECTRIC CAR}

본 발명은 전기 자동차용 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 와이어링 하네스를 PCB로 대체하여 원가절감 및 차량의 경량화를 가능하게 하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템들은 여러 환경에서 사용되었다. 예를 들어, 전기 저장 시스템은 광발전을 통해 생성된 에너지를 저장하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 본 개재의 상기 에너지 저장 시스템들은 함께 적층된 복수의 셀들의 "팩들(packs)"을 포함한다.

한편, 전기 자동차에 있어서 전력을 저장 및 공급하는 에너지 저장 시스템은 매우 중요한 요소이다. 일번적으로 전기 자동차에 있어서, 에너지 저장 시스템 또는 배터리 구조물은 와이어링 하네스를 통해 다른 전기적 구성요소들과 연결된다.

그러나, 이에 따르면, 와이어링 하네스에 의해 원가가 올라가고, 다른 전기적 구성요소들과의 연결 안정성이 저하될 수 있으며, 경량화가 불가능하다.

한편, 에너지 저장 시스템의 팩 내 셀들 및 다른 부품들은, 상기 에너지를 저장하는 상기 충전 과정 동안 및 에너지를 소비할 때의 상기 방전 과정 동안 모두에서 작동 시에 열을 발생시킨다. 상기 셀들이 고장나면, 고장난 셀들은 보통 고온 가스들을 방출한다. 이러한 가스들은 상기 팩 내의 다른 셀들의 상기 완전성에 영향을 줄 수 있으며 고장나지 않은 상기 가동되는 셀들에 상당한 피해를 줄 수 있다.

따라서, 전기 자동차용 에너지 저장 시스템에 있어서 구성이 간소화되고, 경량화 및 원가절감이 가능하며, 외부 충격 또는 자체 손상에 따른 안전성이 보장될 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 배터리의 손상 또는 외부 충격 시 유해가스가 효율적으로 방출되도록 함으로써 안전성이 보장되는 전기 자동차용 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 배터리 셀들이 수용되는 하우징 상부에 배치되는 인쇄회로기판 상에 전자 부품을 탑재하여 전기 자동차의 구동을 위한 전자 제어 시스템을 실현하고, 와이어링 하네스 등을 생략하여 원가절감 및 차량의 경량화를 달성하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하며 상부가 개방된 형태로 형성되는 하우징; 상기 하우징의 개방된 상부를 덮도록 형성되는 상호연결층; 상기 상호연결층 상부에 배치되는 제1 절연층; 및 상기 절연층 상부에 배치되는 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 인쇄회로기판에는 복수의 전자 부품들이 탑재되며, 상기 절연층 및 인쇄회로기판에는 상기 복수의 배터리 셀의 고장 시 유해가스 배출을 위해 형성되며 우선적으로 파열되는 복수개의 홀이 형성된, 전기 자동차용 에너지 저장 시스템이 제공된다.

상기 인쇄회로기판 상면에는, 실링부, 및 상기 실링부와 연결되며 외부 장치와 전원 및 신호를 송수신하는 커넥터가 형성될 수 있다.

상기 복수개의 홀들은 복수개의 행을 이루도록 형성되고, 사이에 하나의 행을 사이에 둔 2개의 행에 속하는 홀들은 복수개의 열들로 정렬될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 배터리의 손상 또는 외부 충격 시 유해가스가 효율적으로 방출되도록 함으로써 안전성이 보장되는 전기 자동차용 에너지 저장 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀들이 수용되는 하우징 상부에 배치되는 인쇄회로기판 상에 전자 부품이 탑재될 수 있기 때문에, 전기 자동차의 구동을 위한 전자 제어 시스템이 실현될 수 있고, 와이어링 하네스 등이 생략될 수 있기 때문에 원가절감 및 차량의 경량화가 달성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 구조를 나타내는 평면도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 다수의 배터리 셀(100), 다수의 배터리 셀(100)을 내부에 수용하는 하우징(200), 하우징(200) 상부에 순차적으로 배치되는 상호연결층(300), 제1 절연층(401), 인쇄회로기판(500), 제2 절연층(402), 상기 제2 절연층(402) 상부에 배치되는 상판(600)을 포함하여 구성될 수 있다.

배터리 셀(100)은 배터리 셀(100)에 저장된 물질의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 종래의 어떠한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있다.

하우징(200)은 박스 형태의 용기일 수 있으며, 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다.

상호연결층(300)은 하우징(200)의 개방된 상부에 배치되는 구성요소로서, 배터리 셀(100)의 양극 단자 및 상기 음극 단자 모두를 위한 연결 수단을 포함한다. 상기 연결 수단은 금속 판의 일부일 수 있으며, 상기 금속 판은 셀 커넥터들 및 상호 연결부를 포함할 수 있다.

상호연결층(300) 상에 배치되는 제1 절연층(401), 인쇄회로기판(500), 제2 절연층(402)은 각각 플레이트 형태로 형성될 수 있는데, 상세 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 절연층(401) 및 제2 절연층(402)에는 복수의 홀(H1)이 형성되어 있을 수 있다.

복수의 홀(H1)들은 상호 일정 간격으로 이격되어 형성될 수 있으며, 복수의 행 또는 열을 이룰 수 있다. 만약, 홀(H1)들이 도 2에서와 같이 복수의 행 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 경우, 이웃하는 행에 배치된 홀(H1)들과는 동일한 열로 정렬되지 않는다. 다만, 제1행에 배치된 홀(H1)과 제3행에 배치된 홀(H1), 즉, 사이에 하나의 행을 두고 이격되어 배치된 홀(H1)들은 동일한 열로 정렬될 수 있다. 마찬가지로, 홀(H1)들이 복수의 열 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 경우, 이웃하는 열에 배치된 홀(H1)들과는 동일한 행으로 정렬되지 않는다. 다만, 제1열에 배치된 홀(H1)과 제3열에 배치된 홀(H1), 즉, 사이에 하나의 열을 두고 이격되어 배치된 홀(H1)들은 동일한 행으로 정렬될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 홀(H1) 주변에 배치되는 이웃 홀(H1)들을 상호 연결하면 정육각형 형태가 될 수 있고, 그 중심이 상기 특정 홀(H1)이 될 수 있다.

홀(H1)은 약한 영역으로서 기능하고, 약한 보전성을 갖는 부분이며 따라서, 배터리 셀(100)들이 가스를 방출하였을 때 기계적 고장이 생길 확률이 더 높은 부분이다. 이러한 부분들은 주변 영역들에 비해서 물리적으로 약한 부분일 수 있으며, 고장난 배터리 셀(100)에 의해 압력이 증가하면 파열될 수 있다. 그 대신에, 상기 약한 영역들은 화학적으로 약하여 고장난 배터리 셀(100)에 의해 배출된 부식성 가스들에 노출되었을 때 우선적으로 파열될 수 있다. 상기 약한 영역들은 물리적 및 화학적 약화의 조합에 의해서도 파열될 수 있다.

상기 약한 영역들은 배터리 셀(100)이 고장나서 내용물을 배출할 때 고온 가스들을 유도시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 약한 영역들은 바람직한 배출 위치로 상기 고온 가스들을 유도시키는 것에 도움을 주며, 더 중요하게는, 상기 다른 배터리 셀(100)들과 같이 덜 바람직한 영역들에서 떨어지도록 한다. 상기 고온 가스들은 보통 부식성이며 충분한 양의 상기 부식성 가스들에 다른 배터리 셀(100)들이 노출되면 상기 다른 가스들의 고장을 유발할 수 있다. 약한 영역들을 생성하는 것은 상기 부식성 가스들이 상기 다른 배터리 셀(100)에서 멀리 떨어지도록 유도시키는 것 및 배터리 셀의 상기 고장으로부터의 피해를 최소화하는 것에 도움을 준다.

상기 홀(H1)이 이러한 기능을 하기 때문에, 이웃한 행 또는 열에 배치된 홀(H1)과 동일 열 또는 행을 이루지 않게 되면, 각각의 홀(H1)에 대한 충격 및 가스 유도의 분산이 더 잘 이루어질 수 있게 된다.

한편, 도 2의 (b)를 참조하면, 제2 절연층(402)의 중심 영역에는 개방부(O)가 형성되어 있다. 이 개방부(O)는 관통되는 영역으로서 후술하는 인쇄회로기판(500)의 전자 부품 설치 구역(A)이 노출되어 상판(700)과 연결되도록 하기 위한 것이다.

한편, 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(500)에도 복수의 홀(H2)이 형성되어 있을 수 있다.

복수의 홀(H2)들은 상호 일정 간격으로 이격되어 형성될 수 있으며, 복수의 행 또는 열을 이룰 수 있다. 만약, 홀(H2)들이 도 3에서와 같이 복수의 행 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 경우, 이웃하는 행에 배치된 홀(H2)들과는 동일한 열로 정렬되지 않는다. 다만, 제1행에 배치된 홀(H2)과 제3행에 배치된 홀(H2), 즉, 사이에 하나의 행을 두고 이격되어 배치된 홀(H2)들은 동일한 열로 정렬될 수 있다. 마찬가지로, 홀(H2)들이 복수의 열 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 경우, 이웃하는 열에 배치된 홀(H2)들과는 동일한 행으로 정렬되지 않는다. 다만, 제1열에 배치된 홀(H2)과 제3열에 배치된 홀(H2), 즉, 사이에 하나의 열을 두고 이격되어 배치된 홀(H2)들은 동일한 행으로 정렬될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 홀(H2) 주변에 배치되는 이웃 홀(H2)들을 상호 연결하면 정육각형 형태가 될 수 있고, 그 중심이 상기 특정 홀(H2)이 될 수 있다. 인쇄회로기판(500)에 형성된 홀(H2)들 또한 절연층(401, 402)에 형성된 홀(H1)들과 마찬가지로 약한 영역으로서 기능하게 된다.

인쇄회로기판(500) 상에 있어서는 그 중심 영역이 전자 부품 설치 구역(A)으로 기능한다. 해당 구역(A)에는 전기 자동차의 구동을 위한 각종 제어 유닛이 탑재될 수 있다.

인쇄회로기판(500) 상면에는 실링부와 상기 실링부와 연결되는 커넥터가 형성되어 있을 수 있다. 커넥터는 외부 장치와 전원 및 신호를 주고받는 기능을 수행한다.

다시 도 1을 참조하면, 제2 절연층(402) 상부에 배치되는 상판(600)은 적어도 일부가 상부 방향으로 돌출된 형태로 형성되고, 돌출된 영역의 내부 공간, 구체적으로는 제2 절연층(402)과 상기 돌출된 영역 사이의 공간에는 인쇄회로기판(500) 상부에 탑재된 다양한 전자 부품이 수용될 수 있다.

상기 상판(600)은 고장난 배터리 셀(100)로부터의 가스들이 방출되도록 설계될 수 있다. 즉, 상판(600)에도 약한 영역들이 형성될 수 있으며, 다른 실시예에 따르면, 상판(600)의 적어도 일부에는 복수의 양약 영역들로서, 그 두께가 다른 영역에 비해 얇게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상품(600)의 양면 중 적어도 일면에는, 복수의 함몰부 또는 그루브(groove)가 형성되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 절연층(402)이 추가로 형성됨으로써 완충재 역할을 할 수 있고, 인쇄회로기판(500)에 형성된 여러가지 전기부품이 상판(600)에 의한 신호 혼선 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 배터리 셀
200: 하우징
300: 상호연결층
401: 제1 절연층
402: 제2 절연층
500: 인쇄회로기판
600: 상판

Claims

복수의 배터리 셀;
상기 복수의 배터리 셀을 수용하며 상부가 개방된 형태로 형성되는 하우징;
상기 하우징의 개방된 상부를 덮도록 형성되는 상호연결층;
상기 상호연결층 상부에 배치되는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상부에 배치되는 인쇄회로기판; 및
상기 인쇄회로기판 상부에 배치되는 제2 절연층을 포함하며,
상기 제2 절연층의 중심 영역에는 개방부가 형성되고,
상기 인쇄회로기판에 있어서, 상기 개방부가 형성된 영역에는 복수의 전자 부품들이 탑재되며,
상기 제1 절연층, 제2 절연층 및 인쇄회로기판에는 상기 복수의 배터리 셀의 고장 시 유해가스 배출을 위해 형성되며 우선적으로 파열되는 복수개의 홀이 형성되고,
상기 복수개의 홀들은 복수개의 행을 이루도록 형성되고, 사이에 하나의 행을 사이에 둔 2개의 행에 속하는 홀들은 복수개의 열들로 정렬되며,
특정 홀 주변에 배치되는 이웃 홀들을 상호 연결하면 정육각형 형태가 되는, 전기 자동차용 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판 상면에는, 실링부, 및 상기 실링부와 연결되며 외부 장치와 전원 및 신호를 송수신하는 커넥터가 형성되는, 전기 자동차용 에너지 저장 시스템.
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