KR102598939B1 - 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조는, 미음자 형상으로 제1 유로가 중앙에 형성되어 배열되는 배터리; 내부 공간이 형성되어 상기 배터리들을 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 팬이 구비된 하우징을 포함하여, 상기 팬은, 상기 하우징의 내부 공간에 설치되되 상기 유입구 또는 상기 유출구 측 중 적어도 어느 한 측에 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조{BATTERY PACK STRUCTURE WITH IMPROVED COOLING PERFORMANCE}

본 발명은 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리팩 구조와 자체적으로 구비된 냉각 장치에 의해 효과적인 냉각을 하는 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰, 태블릿 피씨, 노트북 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 이차 전지 중 하나인 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차(하이브리드 자동차 포함)나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에 대한 이차 전지의 이용이 확대되고 있다. 특히, 중대형 장치의 경우 높은 용량 및 출력을 필요로 한다는 점에서, 이들에 적용되는 배터리 팩 내부에는 많은 수의 이차 전지가 서로 전기적으로 연결된 상태로 수납되어 있다.

그런데, 이처럼 중대형 장치에 이용되는 배터리 팩의 경우, 상당 수의 이차 전지가 다양한 구조로 포함되어 있기 때문에, 이차 전지의 사용 과정 중에 많은 열이 발생할 수 있다. 즉, 이차 전지는 전기 화학적 반응을 일으키며 충전이나 방전 과정을 수행하면서 열을 발생시킬 수 있는데, 중대형 배터리 팩의 경우 각 이차 전지에 의한 발열량이 합산되고, 다수의 이차 전지가 서로 좁은 공간에 밀집되어 있기 때문에 열 배출이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로, 중대형 배터리 팩일수록 사용 중 온도가 더욱 크게 증가할 수 있다.

특히, 팩단위로 사용되는 리튬이온 배터리는, 팩 내 셀들의 평균 온도를 적절히 유지하고, 셀 간 온도편차를 줄이는 것이 중요하다. 충/방전 시, 배터리를 적절한 온도로 유지하지 못하면 높은 온도로 인한 화재 및 폭발할 가능성이 있기 때문이다. 그뿐만 아니라 전기 화학 반응, 충/방전 효율, 전하 수용성 등에 악영향을 끼치며 결국에는 배터리 수명을 감소시킨다.

또한, 셀 간 온도편차로 인해 셀 간 내부저항의 불균형이 생기면 사용 가능한 배터리 셀이 많이 남아있음에도 불구하고, 배터리 모듈을 교체해야하는 문제가 발생한다. 따라서 다양한 운전 조건과 과도적인 출력상황에서도 배터리를 적절한 온도로 유지하며, 셀 간 온도 편차를 줄일 수 있는 배터리 냉각시스템이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은, 배터리팩 내부 구조를 변경하고, 외부 냉각 장치를 구비하지 않고도 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 미음자 형상으로 제1 유로가 중앙에 형성되어 배열되는 배터리; 내부 공간이 형성되어 상기 배터리들을 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 팬이 구비된 하우징을 포함하여, 상기 팬은, 상기 하우징의 내부 공간에 설치되되 상기 유입구 또는 상기 유출구 측 중 적어도 어느 한 측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조에 의하여 달성된다.

상기 팬은, 인접한 상기 배터리의 중앙부인 상기 제1 유로를 제외한 영역에 평행하게 설치될 수 있다.

상기 배터리는, 일체로 이루어지거나, 다수개의 셀이 미음 형상을 갖도록 이루어질 수 있다.

인접한 상기 배터리 사이에는, 유체의 흐름을 바꾸기 위한 방향전환 플레이트가 구비되어 이루어질 수 있다.

상기 배터리의 테두리 쪽 상기 하우징의 내벽은, 제2 유로를 갖도록 반복되는 요철 형상을 갖는 리브가 형성되어 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리를 사용하다보면 배터리의 중앙부가 주로 다른 곳보다 온도가 높은데, 배터리를 미음(ㅁ)자 형상으로 마련함으로써, 유체가 유로가 생겨 배터리팩 내부의 열이 효과적으로 감소하는 효과를 제공할 수 있게 된다.

또한, 배터리 사이에 방향전환 플레이트를 삽입함으로써, 유체의 흐름이 배터리 골고루 닿도록 하는 효과를 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조 기본 배터리 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 A-A'을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 B-B'을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 방향전환 플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 방향전환 플레이트가 삽입된 단면을 나타낸 도 1의 A-A'을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

그리고, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 구성을 개략적으로 나타내는 투명 사시도이고, 도 2의 (a) 내지 (c)는 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조 기본 배터리 구조를 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 A-A'을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 B-B'을 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 1의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 방향전환 플레이트를 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 5의 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조의 방향전환 플레이트가 삽입된 단면을 나타낸 도 1의 A-A'을 나타내는 단면도이다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 구분하기 위하여 개략적인 라인으로 나타내거나 확대하여 나타내었다.

또한, 도에 나타낸 X, Y, Z축은, 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축(화살표 쪽)은 팬(300)에 의해 유체의 흐름 방향을 지시하고, Y축(화살표 쪽)은 좌에서 우, Z축(화살표 쪽)은 아래에서 위를 지시하는 것으로 정의하기로 하고, 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.

또한, 팬(300)이 하우징(200)의 내부 공간에 설치되되 유입구(220) 또는 유출구(240) 측 중 적어도 어느 한 측에 설치될 수 있지만, 설명의 편의를 위해서 본 발명에서는, 유입구(220) 쪽에 설치되는 것으로 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 미음(ㅁ)자 배터리(100), 하우징(200) 및 팬(300)을 포함하여 이루어질 수 있다.

배터리(100)는, 미음자 형상으로 제1 유로(120)가 중앙에 형서되어 일정 이격간격을 두고 배열될 수 있다.

이러한 배터리(100)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 일체형으로 이루어지거나, 도 2의 (b)나 (c)에 도시된 바와 같이, 다수개의 셀이 미음 형상으로 연결되어 하나의 기본 배터리(100) 형태를 이룰 수 있다. 이런 기본 배터리(100)들이 배열되어 배터리팩이 되는 것이다.

배터리(100)를 사용하다보면 배터리(100)의 중앙부가 주로 다른 곳보다 온도가 높은데, 배터리(100)를 미음(ㅁ)자 형상으로 마련함으로써, 유체가 제1 유로(120)로 흘러 배터리팩 내부의 열이 효과적으로 감소할 수 있게 된다.

하우징(200)은, 내부 공간이 형성되어 상술한 미음자 배터리(100)들을 수용하고, 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구(220) 및 내부 공간으로부터 유체가 유출되는 유출구(240)가 형성될 수 있으며, 팬(300)을 구비하여 이루어질 수 있다.

팬(300)은, 하우징(200)의 내부 공간에 설치되되 유입구(220) 또는 유출구(240) 측 중 적어도 어느 한 측에 설치되어 유체를 일방향으로 흐르게 하여 배터리(100)를 냉각하는 구성이다.

본 발명에서 팬(300)은, 작동을 위한 전원을 하우징(200)의 내부 공간에 수납된 배터리(100)로부터 공급받을 수 있다. 하우징(200)의 내부 공간에는 배터리(100)가 수납되어 있기 때문에, 팬(300)이 작동하기 위한 전원 공급부를 별도로 구비하지 않고, 내부 공간에 수납된 배터리(100)를 이용하여 팬(300)으로 전원이 공급되도록 이루어져 팬(300)이 작동할 수 있는 충분한 크기의 전력을 제공받을 수 있게 된다.

이러한 팬(300)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접한 배터리(100)의 중앙부인 제1 유로(120)를 제외한 영역에 평행하게, 마주보도록 4개 설치되는 것이 바람직한데, 이는 흐르는 유체가 배터리(100)의 몸체부분에 가로막혀 배터리(100)를 냉각하면서 제1 유로(120), 후술할 제2 유로(262) 등으로 흐르며 골고루 냉각할 수 있는 이점이 있다.

제2 유로(262)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(100)의 테두리 쪽 하우징(200)의 내벽에 반복되는 요철 형상의 리브(260)에 의해 형성되는 것으로, 팬(300)에 의해 형성된 유체가 미음자 배터리(100)의 몸체에 가로막혀 흐르게 되는 공간이다.

한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 인접한 배터리(100) 사이에는, 유체의 흐름을 바꾸기 위한 방향전환 플레이트(400)가 구비될 수 있는데, 이는 팬(300)에 의해 형성된 유체가 배터리(100) 표면을 골고루 냉각하기 위한 것이다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조(1)는, 배터리(100)를 사용하다보면 배터리(100)의 중앙부가 주로 다른 곳보다 온도가 높은데, 배터리(100)를 미음(ㅁ)자 형상으로 마련함으로써, 유체가 제1 유로(120)가 생겨 배터리팩 내부의 열이 효과적으로 감소할 수 있게 된다.

또한, 배터리(100) 사이에 방향전환 플레이트(400)를 삽입함으로써, 유체의 흐름이 배터리(100) 표면 골고루 닿도록 할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조(1)는, 본 발명에서 설명되는 기술적 특징을 갖는 것으로서, 형상, 모양, 규격 등이 다양하게 이루어질 수 있음은 물론이고, 상술한 실시예 및 변형예들의 혼합으로 이루어질 수도 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조
100 배터리
120 제1 유로
200 하우징
201 정면
202 배면
220 유입구
240 유출구
260 리브
262 제2 유로
264 홈
300 팬
400 방향전환 플레이트
420 막음판
422 빗살
440 제3 유로

Claims (5)

1. 미음자 형상으로 제1 유로가 중앙에 형성되어 배열되는 배터리;
   내부 공간이 형성되어 상기 배터리들을 수용하고, 상기 내부 공간으로 유체가 유입되는 유입구 및 상기 내부 공간으로부터 상기 유체가 유출되는 유출구가 형성되며, 팬이 구비된 하우징을 포함하여,
   상기 팬은,
   상기 하우징의 내부 공간에 설치되되 상기 유입구 또는 상기 유출구 측 중 적어도 어느 한 측에 설치되고,
   상기 배터리는,
   일체로 이루어지거나, 다수개의 셀이 미음 형상을 갖도록 이루어지고,
   인접한 상기 배터리 사이에는,
   유체의 흐름을 바꾸기 위한 방향전환 플레이트가 구비되고,
   상기 배터리의 테두리 쪽 상기 하우징의 내벽은,
   제2 유로를 갖도록 반복되는 요철 형상을 갖는 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는,
   냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팬은,
   인접한 상기 배터리의 중앙부인 상기 제1 유로를 제외한 영역에 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는,
   냉각 성능이 개선된 배터리팩 구조.
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