KR102650967B1 - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 배터리 팩은, 배터리 셀과, 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 플레이트와, 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이에서 열 전달을 매개하기 위한 열전달 시트와, 적어도 일부가 열전달 시트의 내부에 매립되는 것으로, 전기적인 입력에 따라 발열을 일으키기 위한 전열 부재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 저온 환경에서 배터리 셀에 대한 가열과 고온 환경에서 배터리 셀에 대한 냉각을 모두 구현하면서도, 구조의 단순화가 가능한 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 팩 형태로 사용되기도 한다.

휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 팩 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 저온 환경에서 배터리 셀에 대한 가열과 고온 환경에서 배터리 셀에 대한 냉각을 모두 구현하면서도, 구조의 단순화가 가능한 배터리 팩을 포함한다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,

배터리 셀;

상기 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 플레이트;

상기 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이에서 열 전달을 매개하기 위한 열전달 시트; 및

적어도 일부가 상기 열전달 시트의 내부에 매립되는 것으로, 전기적인 입력에 따라 발열을 일으키기 위한 전열 부재;를 포함한다.

예를 들어, 상기 열전달 시트는, 배터리 셀과 마주하는 상면 및 냉각 플레이트와 마주하는 하면을 포함하고,

상기 전열 부재는, 열전달 시트의 상면 및 하면을 벗어나지 않도록 열전달 시트가 이루는 평면 내에서 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 전열 부재는, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 금속 와이어 형태의 전열선을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 전열선의 양단부를 형성하는 제1, 제2 단부는, 구동 전원과의 전기적인 연결을 위해, 상기 열전달 시트로부터 노출될 수 있다.

예를 들어, 상기 전열선은 서로 다른 방향을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 전열선은, 서로 다른 가닥의 전열선으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함하고,

상기 제2 전열선은, 상기 열전달 시트의 내부에 매립될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 열전달 시트의 장변부 방향을 따라 왕복하는 미엔더 형태로 연장되며,

상기 제2 전열선은, 열전달 시트의 단변부 방향을 따라 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 전열선은, 상기 제1, 제2 전열선이 서로 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 제1, 제2 단부 사이에서 제1 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되며,

상기 제2 전열선은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 제1 전열선의 상방 및 하방을 교대로 통과하면서 제1 전열선과 엮이도록 굴곡진 형태로 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 열전달 시트는, 배터리 셀을 향하는 상면과, 냉각 플레이트를 향하는 하면을 포함하며,

상기 제2 전열선은, 상기 열전달 시트의 상면을 향하여 볼록한 피크 부분과, 상기 열전달 시트의 하면을 향하는 볼록한 피크 부분을 교대로 갖도록 굴곡진 형태로 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 제1, 제2 단부 사이에서 제1 방향을 따라 왕복하도록 연속적으로 연장되는 한 가닥의 제1 전열선을 포함하고,

상기 제2 전열선은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 다수 가닥의 제2 전열선을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 제1 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되며,

상기 제2 전열선은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 열전달 시트는,

상기 제1 전열선을 매립하는 제1 열전달 시트; 및

상기 제2 전열선을 매립하는 제2 열전달 시트를 포함하며,

상기 제1, 제2 열전달 시트는 서로에 대해 적층될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전열선은, 제1 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 제1 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함하고,

상기 제2 전열선은, 제2 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 제2 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 전열 부재는, 전기적인 입력에 따라 서로 다른 제1, 제2 면 사이에서 온도 차이를 형성하는 열전 소자를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 열전 소자는, 상기 열전달 시트 내에 매립되고, 서로에 대해 이격된 다수의 열전 소자를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 열전 소자의 제1 면은, 배터리 셀과 마주하고,

상기 열전 소자의 제2 면은, 냉각 플레이트와 마주할 수 있다.

예를 들어, 상기 열전 소자의 제1, 제2 면은, 각각 열전달 시트의 내부에 매립될 수 있다.

예를 들어, 상기 냉각 플레이트에는 냉각 매체의 흐름을 수용할 수 있는 유로가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 저온의 배터리 셀을 가열할 수 있는 전열 부재를 구비하면서도, 전열 부재를 매립한 열전달 시트를 배터리 셀의 냉각 경로 상에 배치함으로써, 하나의 열전달 시트를 이용하여, 전열 부재의 피복 기능 및 냉각 경로 상에서 접촉 저항을 줄이기 위한 완충 기능을 겸할 수 있고, 저온 환경에서의 가열과 고온 환경에서의 냉각을 모두 구현하면서도 구조의 단순화가 가능한 배터리 팩이 제공될 수 있다.

도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 열전달 시트의 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 도 2의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는, 도 2의 열전달 시트를 측면에서 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 5에는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6에는, 도 5의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다.
도 7에는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 8에는, 도 7에 도시된 열전달 시트의 사시도가 도시되어 있다.
도 9에는, 도 8의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다.
도 10에는, 도 8의 열전달 시트를 측면에서 도시한 도면이 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 열전달 시트의 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 도 2의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는, 도 2의 열전달 시트를 측면에서 도시한 도면이 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은, 배터리 셀(10)과, 상기 배터리 셀(10)의 냉각을 위한 냉각 플레이트(50)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에 개재된 열전달 시트(100)를 포함할 수 있다.

상기 열전달 시트(100)는, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에서 열 전달을 매개하는 것으로, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 이들 간의 열적 접촉이 원활하게 이루어지도록 하고, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 표면 조도에 의한 미세한 기공을 채우면서 접촉 면적을 증대시켜줌으로써 접촉 저항을 줄여주는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열전달 시트(100)는 다수의 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에 개재되어, 다수의 배터리 셀(10)에 대해 균등한 냉각 효과를 제공할 수 있다.

상기 열전달 시트(100) 내에는 배터리 셀(10)의 가열을 위한 전열 부재(H)가 매립될 수 있다. 상기 전열 부재(H)는 전기적인 입력에 따라 줄 발열을 일으킬 수 있으며, 전열 부재(H)에 인가되는 전기적인 입력을 제어함으로써, 발열량을 조절할 수 있다. 상기 전열 부재(H)는, 원활한 충, 방전 동작을 위하여 적정 온도 이하로 떨어진 저온의 배터리 셀(10)을 예열함으로써, 배터리 셀(10)의 온도를 적정 온도 이상으로 높일 수 있으며, 예열을 통하여 배터리 셀(10)의 온도를 신속하게 상승시킴으로써, 정상적인 충, 방전 동작이 신속하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 열전달 시트(100)를 이용하여 다수의 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 냉각 경로 상에서 접촉 저항을 줄이고 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 상기 열전달 시트(100) 내부에 전열 부재(H)를 매립하고 열전달 시트(100) 내에 매립된 전열 부재(H)를 가동함으로써, 예를 들어, 가동 초기에 저온의 배터리 셀(10)을 적정 온도 이상으로 신속하게 예열함으로써 배터리 셀(10)의 충, 방전 동작이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 상기 열전달 시트(100)는, 열원으로서의 전열 부재(H)와 배터리 셀(10) 사이의 가열 경로 상에 개재되어 전열 부재(H)와 배터리 셀(10) 사이의 접촉 면적을 증대하고, 전열 부재(H)와 배터리 셀(10) 사이를 밀착시켜서 접촉 저항을 줄이는 기능을 할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 부재(H)는, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 금속 와이어 형태의 전열선(150)을 포함할 수 있다. 이때, 협소한 면적으로 다수의 배터리 셀(10)을 균일하게 가열하기 위해서는 전열선(150)의 가열 면적을 다수의 배터리 셀(10)에 대해 확장시키는 것이 바람직하며, 상기 전열선(150)을 매립하는 열전달 시트(100)는, 전열선(150)의 가열 면적을 다수의 배터리 셀(10)에 대해 확장시킬 수 있다.

상기 열전달 시트(100)는, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 간의 냉각 경로 상에 개재되어, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 간의 열 전달을 매개하는 것으로, 상기 열전달 시트(100)는, 배터리 셀(10)과 마주하는 상면(100U)과 냉각 플레이트(50)와 마주하는 하면(100L)을 주된 면으로 갖는 대략 판 상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 열전달 시트(100)의 주된 면이란, 열전달 시트(100)의 외면 중에서 가장 넓은 영역을 차지하는 면을 의미할 수 있다.

상기 열전달 시트(100)는, 배터리 셀(10)과 마주하는 상면(100U) 및 냉각 플레이트(50)와 마주하는 하면(100L)을 주된 면으로 하고, 상기 상면(100U) 및 하면(100L) 사이를 연결하는 측면(100S)을 포함할 수 있다.

상기 전열 부재(H)의 적어도 일부는, 열전달 시트(100)의 내부에 매립될 수 있다. 여기서, 전열 부재(H)의 적어도 일부가 열전달 시트(100)의 내부에 매립된다는 것은, 전열 부재(H)의 전부가 열전달 시트(100)의 내부에 매립되거나 또는 전열 부재(H)의 일부가 열전달 시트(100)의 내부에 매립된다는 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 열전달 시트(100)의 주된 면에 해당되는 상면(100U)이나 하면(100L)을 관찰할 때, 상기 전열 부재(H)의 전부 또는 전열 부재(H)의 일부는 열전달 시트(100)의 내부에 매립되어 있을 수 있고, 전열 부재(H)의 일부가 열전달 시트(100)의 내부에 매립된 구조에서 전열 부재(H)의 나머지 일부는 열전달 시트(100)로부터 노출될 수 있다. 예를 들어, 상기 전열 부재(H)는, 전원 공급을 위해 열전달 시트(100)의 외부로 노출되는 제1, 제2 단부(E1,E2)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 열전달 시트(100)의 측면(100S)을 관찰할 때, 상기 전열 부재(H)는, 열전달 시트(100)의 상면(100U) 및 하면(100L)을 벗어나지 않도록 열전달 시트(100)가 이루는 평면 내에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 전열 부재(H)는, 열전달 시트(100)의 상면(100U)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)과 열전달 시트(100)의 하면(100L)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)을 가질 수 있으나, 이러한 피크 부분(P)은, 열전달 시트(100)의 상면(100U)이나 하면(100L)으로부터 돌출되지 않으며, 열전달 시트(100)의 상면(100U) 및 하면(100L)에 의해 은폐될 수 있다. 이와 같이, 상기 전열 부재(H)는, 그 전부가 열전달 시트(100)의 두께(t) 내부 또는 열전달 시트(100)의 두께(t)의 투영 영역 내에 온전하게 배치되며, 열전달 시트(100)의 두께(t)를 벗어나지 않을 수 있다.

도 2에 도시된 전열 부재(H)는, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 와이어 형태의 전열선(150)을 포함할 수 있다. 상기 전열선(150)은 전기적인 입력에 따라 줄 발열을 일으키는 것으로, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 전열선(150)은, 주변 구성과의 전기적인 절연을 위하여 피복될 필요가 있다. 이때, 상기 열전달 시트(100)는, 전열선(150)의 피복 기능을 하며, 전열선(150)을 주변 구성으로부터 전기적으로 절연시키는 기능을 할 수 있다. 즉, 상기 전열선(150)은 열전달 시트(100) 내부에 매립되는 구성으로, 전열선(150)으로서의 금속 와이어의 외면을 둘러싸는 별도의 피복층은 생략될 수 있다. 이와 같이, 전열선(150)을 매립하는 열전달 시트(100)를 이용하여, 전열선(150)을 피복하는 별도의 구성이 생략될 수 있고, 상기 열전달 시트(100)는 전열선(150)을 피복하는 기능과 함께, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 간의 접촉 면적을 증대하고 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이를 밀착시킴으로써 접촉 저항을 줄이며, 예를 들어, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에서 접촉면의 표면 조도에 따른 공기층을 메우고 열 전달 경로 상에서 접촉 저항을 줄이는 기능을 겸할 수 있다.

상기 전열선(150)은, 열전달 시트(100)의 내부에 매립될 수 있고, 전열선(150)의 양단부(E1,E2)를 형성하는 제1, 제2 단부(E1,E2)는, 열전달 시트(100)로부터 노출되어 구동 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 구동 전원(미도시)은, 전열선(150)의 제1, 제2 단부(E1,E2)에 연결되어 전열선(150)에 제어된 구동 전력을 공급함으로써 줄 발열을 일으킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전열선(150)은 열전달 시트(100)에 매립되어 있는 본체부(B)와, 구동 전원(미도시)과의 전기적인 연결을 위해 열전달 시트(100)로부터 노출되어 있는 제1, 제2 단부(E1,E2)를 포함할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 상기 전열선(150)은, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)을 포함할 수 있고, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152) 중에서, 제1 전열선(151)은 열전달 시트(100)의 내부에 매립되어 있는 본체부(B)와, 구동 전원(미도시)과의 전기적인 연결을 위해 열전달 시트(100)로부터 노출되어 있는 제1, 제2 단부(E1,E2)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 전열선(152)은 전체적으로, 상기 열전달 시트(100)의 내부에 매립되어 있을 수 있으며, 예를 들어, 상기 열전달 시트(100)로부터 노출되는 부분을 포함하지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 전열선(152)은, 제1 전열선(151)에 전기적으로 연결되어 구동 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전열선(152)에는 구동 전원(미도시)이 직접 연결되지 않고, 제1, 제2 단부(E1,E2)에 구동 전원(미도시)이 연결된 제1 전열선(151)을 통하여 구동 전력을 공급받을 수 있고, 이를 위해 제1, 제2 전열선(151,152) 사이에는 전기적인 접점(미도시)이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 단부(E1,E2)와 인접한 위치에는 제1, 제2 전열선(151,152)의 접점(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 제1, 제2 전열선(151,152)은 상기 제1, 제2 단부(E1,E2)와 인접한 위치의 양 접점(미도시) 사이에서 병렬적으로 연결될 수 있다.

상기 전열선(150)은 열전달 시트(100) 내에서 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전열선(150)은 서로 다른 방향(Z1,Z2)을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)을 포함할 수 있다. 상기 전열선(150)은, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)을 포함함으로써, 열전달 시트(100)의 면 방향을 따라 균등한 가열이 가능하며, 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)을 통하여 열전달 시트(100)의 면 방향을 따라 열전달 시트(100)의 열적 특성이 균일하게 유지될 수 있고, 열전달 시트(100)를 통하여 다수의 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 열 전달이 균등하게 이루어질 수 있다.

상기 전열선(150)은 줄 발열을 위해 금속 와이어 형태로 이루어질 수 있고, 열전도 특성이 우수한 금속 소재의 특성 상, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 열 전달 특성은 전열선(150)의 연장 방향(Z1,Z2)을 따라 이방성을 보일 수 있는데, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장됨으로써 이러한 이방성이 어느 정도 완화될 수 있고, 열전달 시트(100)의 면 방향(Z1,Z2)을 따라 대체로 균일한 열 전달 특성을 보일 수 있다.

상기 열전달 시트(100)는, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에서 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 열 전달을 매개할 수 있으며, 열전달 시트(100)의 위치에 따라, 전열선(150) 위치와, 서로 이웃한 전열선(150) 사이의 위치(전열선 150이 배제된 위치)에서 서로 다른 열적 저항을 나타낼 수 있다. 이때, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장됨으로써, 열전달 시트(100)의 위치에 따라 차등적인 열적 저항을 어느 정도 균등화시킬 수 있고, 다수의 배터리 셀(10)에 대해 균일한 방열 성능을 제공할 수 있다.

상기 전열선(150)은, 전열선(150)의 연장 방향(Z1,Z2)을 따라 우수한 인장 강도를 제공할 수 있고, 열전달 시트(100)의 인장 강도를 보강해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 열전달 시트(100)는, 열전달 시트(100)에 매립되어 있는 전열선(150)을 통하여 인장력에 대해 효과적으로 저항할 수 있고, 충분한 인장 강도를 제공할 수 있다. 이때, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장됨으로써, 열전달 시트(100)에 작용하는 임의 방향의 인장력에 대해서도 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)은 각각의 연장 방향(Z1,Z2)으로 분해된 인장력의 각 성분에 대해 효과적으로 저항할 수 있으며, 전열선(150)을 통하여 인장력을 감당함으로써, 열전달 시트(100)의 손상이 방지될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(151,152)은, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)을 따라 연장될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 전열선(151)은, 제1 방향(Z1), 예를 들어, 열전달 시트(100)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장될 수 있고, 상기 제2 전열선(152)은, 제2 방향(Z2), 예를 들어, 열전달 시트(100)의 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 연장될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장된다는 것은, 제1 전열선(151)의 모든 부분이 제1 방향(Z1)을 따라 연장되고, 제2 전열선(152)의 모든 부분이 제1 방향(Z1)과 다른 제2 방향(Z2)을 따라 연장된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 전열선(151)은, 열전달 시트(100)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연장되며, 열전달 시트(100)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 지그 재그 패턴으로 왕복하도록, 장변부 방향(제1 방향, Z1)으로 열전달 시트(100)의 양단부에서 상기 제1 전열선(151)은 U자 형태로 우회하며 그 연장 방향(Z1)을 반전시킬 수 있다. 이에, 상기 제1 전열선(151)의 모든 부분이 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장된다고 할 수는 없으나, 제1 전열선(151)의 주된 방향은 장변부 방향(제1 방향, Z1)에 해당되므로, 상기 제1 전열선(150)은 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장된다고 할 수 있다.

상기 전열선(150)은, 상기 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전열선(151)은, 열전달 시트(100)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연장되고, 이와 함께, 상기 제2 전열선(152)은 열전달 시트(100)의 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 연장되면서, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)끼리 서로에 대해 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장된다는 것은, 도 2에 도시된 바와 같이, 열전달 시트(100)의 주된 면에 해당되는 상면(100U)이나 하면(100L)을 관찰할 때, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장된다는 것을 의미할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열전달 시트(100)의 측면(100S)을 관찰할 때, 상기 제1, 제2 전열선(151,152) 중 적어도 어느 하나의 전열선(151,152)은, 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 굴곡진 형태로 연장될 수 있으며, 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 상면(100U) 및 하면(100L) 사이에서 상면(100U)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)과 하면(100L)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)을 교대로 갖도록 굴곡진 파동 형태로 형성될 수 있고, 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 굴곡진 파동 형태로 형성되면서, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)끼리 서로에 대해 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다.

예를 들어, 제2 방향(Z2)으로 연장되는 제2 전열선(152)은, 제1 방향(Z1)을 따라 연장되는 제1 전열선(151)의 상방 및 하방을 교대로 통과하도록 굴곡지게 연장될 수 있고, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)은 서로에 대해 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다.

서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)이 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 서로에 대해 엮이도록 굴곡지게 형성되면서, 상기 전열선(150)은 전체적으로 직조된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이, 직조된 형태의 전열선(150)은 열전달 시트(100)의 두께(t) 방향을 따라 서로에 대한 물리적인 간섭을 형성할 수 있으며, 예를 들어, 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)은 서로에 대해 엮이면서 물리적인 간섭을 형성할 수 있고, 열전달 시트(100)의 면 방향을 따라 인가되는 인장력에 대해 효과적으로 저항함으로써 열전달 시트(100)의 인장 강도를 한층 높일 수 있다.

본 발명에서 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로에 대해 엮이도록 직조된 형태로 형성된다거나 제1, 제2 전열선(151,152)이 물리적인 간섭을 형성할 수 있다는 것이, 반드시 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 직접 접촉된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전열선(151,152)은 서로에 대한 직접적인 접촉을 형성하지 않더라도, 제1, 제2 전열선(151,152)은 서로 다른 방향(Z1,Z2)으로 연장되며 열전달 시트(100)의 일부를 개재하여 서로 교차하면서 직조된 형태로 연장될 수 있다.

상기 제1 전열선(151)은, 제1, 제2 단부(E1,E2) 사이에서 제1 방향(Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장될 수 있고, 상기 제2 전열선(152)은, 상기 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 제1 전열선(151)의 상방 및 하방을 교대로 통과하면서 제1 전열선(151)과 엮이도록 굴곡진 형태로 연장될 수 있다. 이때, 상기 제2 전열선(152)은, 열전달 시트(100)의 상면(100U)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)과, 열전달 시트(100)의 하면(100L)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)을 교대로 갖도록 굴곡진 형태로 연장될 수 있고, 상기 제2 전열선(152)은, 배터리 셀(10)과 마주하는 열전달 시트(100)의 상면(100U)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)과, 냉각 플레이트(50)와 마주하는 열전달 시트(100)의 하면(100L)을 향하여 볼록한 피크 부분(P)을 교대로 갖는 굴곡진 파동 형태로 형성되면서, 제1 방향(Z1)으로 나란하게 연장되는 제1 전열선(151)의 상방 및 하방을 교대로 통과하도록 굴곡지게 연장되며, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(151,152)은 서로에 대해 엮이도록 직조된 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(151,152)은, 서로 다른 가닥의 전열선(150)으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 다른 가닥의 전열선(150)으로 형성된다는 것은, 제1, 제2 전열선(151,152)이 서로 연속적으로 연결된 한 가닥의 전열선(150)으로부터 형성되지 않고, 서로 다른 가닥의 전열선(150)으로 형성된다는 것을 의미할 수 있다. 상기 제1 전열선(151)은, 제1, 제2 단부(E1,E2) 사이에서 제1 방향(Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되는 한 가닥의 전열선(150)으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전열선(151)은, 열전달 시트(100)로부터 노출된 제1, 제2 단부(E1,E2)와, 제1, 제2 단부(E1,E2) 사이에서 연속적으로 연장되며 열전달 시트(100) 내부에 매립되어 있는 본체부(B)를 포함하는 전체적으로 한 가닥의 전열선(150)으로 형성될 수 있다. 제1 전열선(151)과 달리, 상기 제2 전열선(152)은, 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 제1 전열선(151)의 상방 및 하방을 교대로 통과하면서 제1 전열선(151)과 엮이도록 굴곡진 형태로 연장되는 다수 가닥의 전열선(150)으로 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 냉각 플레이트(50)에는 냉각 매체의 흐름을 수용할 수 있는 유로(50a)가 형성될 수 있고, 열전달 시트(100)를 경유하여 배터리 셀(10)로부터 전달된 열은 냉각 매체의 흐름을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 상기 냉각 매체는 냉각 플레이트(50)의 유로(50a)를 포함하는 폐루프 경로를 따라 순환하거나, 또는 냉각 플레이트(50)의 유로(50a)를 포함하는 개루프 경로를 따라 유동할 수 있으며, 냉각 매체가 폐루프를 따라 순환하는 경로 상에는, 냉각 매체를 냉각시키기 위한 냉각부(미도시)가 마련될 수 있다. 한편, 상기 냉각 플레이트(50)에는 냉각 매체의 유로(50a)와 연결되어 냉각 매체의 유입 및 유출을 허용하기 위한 유출입구(미도시)가 형성될 수 있다. 도 1에서 미 설명된 도면번호 15는, 배터리 셀(10)의 전극 단자(15)로서, 배터리 셀(10)의 전극 단자(15)는 열전달 시트(100)의 반대되는 상면에 형성될 수 있다.

도 5에는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 6에는, 도 5의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은, 배터리 셀(10)과, 상기 배터리 셀(10)의 냉각을 위한 냉각 플레이트(50)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에 개재된 열전달 시트(200)를 포함할 수 있다.

상기 열전달 시트(200) 내에는 배터리 셀(10)의 가열을 위한 전열 부재(H)가 매립될 수 있다. 상기 전열 부재(H)는 전기적인 입력에 따라 줄 발열을 일으킬 수 있으며, 전열 부재(H)에 인가되는 전기적인 입력을 제어함으로써, 발열량을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전열 부재(H)는, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 금속 와이어 형태의 전열선(250)을 포함할 수 있다. 상기 전열선(250)은 열전달 시트(200) 내에서 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장될 수 있고, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선(251,252)을 포함할 수 있다. 상기 전열선(250)이 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(251,252)을 포함함으로써, 열전달 시트(200)의 면 방향을 따라 균등한 가열이 가능하며, 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(251,252)을 통하여 열전달 시트(200)의 면 방향을 따라 열전달 시트(200)의 열적 특성이 균일하게 유지될 수 있고, 열전달 시트(200)를 통하여 다수의 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 열 전달이 균등하게 이루어질 수 있다.

상기 전열선(250)은, 전열선(250)의 연장 방향(Z1,Z2)을 따라 우수한 인장 강도를 제공할 수 있고, 열전달 시트(200)의 인장 강도를 보강해줄 수 있다. 이때, 제1, 제2 전열선(251,252)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)을 따라 연장됨으로써, 열전달 시트(200)에 작용하는 임의 방향의 인장력에 대해서도 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 제1, 제2 전열선(251,252)은 각각의 연장 방향(Z1,Z2)으로 분해된 인장력의 각 성분에 대해 효과적으로 저항할 수 있으며, 전열선(250)을 통하여 인장력을 감당함으로써, 열전달 시트(200)의 손상이 방지될 수 있다.

상기 전열선(250)은 전기적인 입력에 따라 줄 발열을 일으키는 것으로, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 전열선(250)은, 주변 구성과의 전기적인 절연을 위하여 피복될 필요가 있다. 이때, 상기 열전달 시트(200)는, 전열선(250)의 피복 기능을 하며, 전열선(250)을 주변 구성으로부터 전기적으로 절연시키는 기능을 할 수 있다. 즉, 상기 전열선(250)은 열전달 시트(200) 내부에 매립됨으로써, 전열선(250)으로서의 금속 와이어의 외면을 둘러싸는 별도의 피복층은 생략될 수 있다. 이와 같이, 전열선(250)을 매립하는 열전달 시트(200)를 이용하여, 전열선(250)을 피복하는 별도의 구성이 생략될 수 있고, 상기 열전달 시트(200)는 전열선(250)을 피복하는 기능과 함께, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 간의 접촉 면적을 증대하고 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이를 밀착시킴으로써 접촉 저항을 줄이며, 예를 들어, 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에서 접촉면의 표면 조도에 따른 공기층을 메우고 열 전달 경로 상에서 접촉 저항을 줄이는 기능을 겸할 수 있다.

상기 열전달 시트(200)는, 각각 제1 전열선(251)을 매립하는 제1 열전달 시트(201)와, 제2 전열선(252)을 매립하는 제2 열전달 시트(202)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 전열선(251,252)은, 제1, 제2 열전달 시트(201,202)를 포함하는 전체 열전달 시트(200)의 두께(t, 도 6 참조) 방향을 따라 서로 다른 깊이에 형성될 수 있으며, 제1 전열선(251)을 매립하는 열전달 시트(200)의 일부가 제1 열전달 시트(201)를 형성할 수 있고, 제2 전열선(252)을 매립하는 열전달 시트(200)의 일부가 제2 열전달 시트(202)를 형성할 수 있다. 상기 제1 전열선(251)을 매립하는 제1 열전달 시트(201)는, 제1 전열선(251)을 피복하여 절연시키는 기능을 할 수 있고, 상기 제2 전열선(252)을 매립하는 제2 열전달 시트(202)는, 제2 전열선(252)을 피복하여 절연시키는 기능을 할 수 있다.

상기 제1, 제2 열전달 시트(201,202)는, 각각 제1, 제2 전열선(251,252)을 매립하도록 개별적으로 형성된 후에, 서로에 대해 적층되도록 결합되어 하나의 열전달 시트(200)로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열전달 시트(201,202)는, 두께(t) 방향을 따라 서로 다른 깊이에 제1, 제2 전열선(251,252)을 매립하도록 형성된 하나의 일체적인 열전달 시트(200)로 형성될 수도 있다. 이때, 상기 제1, 제2 열전달 시트(201,202)는 동일한 소재로 형성될 수 있다.

상기 전열선(250)의 적어도 일부는, 열전달 시트(200)의 내부에 매립될 수 있다. 여기서, 전열선(250)의 적어도 일부가 열전달 시트(200)의 내부에 매립된다는 것은, 전열선(250)의 전부가 열전달 시트(200)의 내부에 매립되거나 또는 전열선(250)의 일부가 열전달 시트(200)의 내부에 매립된다는 것을 의미할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 전열선(250)은, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선(251,252)을 포함할 수 있고, 제1 전열선(251)은 제1 열전달 시트(201)의 내부에 매립되어 있는 본체부(B1)와, 구동 전원(미도시)과의 연결을 위하여 제1 열전달 시트(201)로부터 외부로 노출되어 있는 제1, 제2 단부(E11,E12)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전열선(251)은, 제1, 제2 단부(E11,E12) 사이에서 제1 방향(Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장될 수 있다.

유사하게, 제2 전열선(252)은 제2 열전달 시트(202)의 내부에 매립되어 있는 본체부(B2)와, 구동 전원(미도시)과의 연결을 위하여 제2 열전달 시트(202)로부터 외부로 노출되어 있는 제1, 제2 단부(E21,E22)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 전열선(252)은, 제1, 제2 단부(E21,E22) 사이에서 제2 방향(Z2)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(251,252)의 양단부를 형성하는 제1, 제2 단부(E11,E12,E21,E22)는, 구동 전원(미도시)과 연결될 수 있고, 상기 구동 전원(미도시)은 전열선(250)의 제1, 제2 단부(E11,E12,E21,E22)에 연결되어 제1, 제2 전열선(251,252)에 제어된 구동 전력을 공급함으로써 줄 발열을 일으킬 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전열선(251,252)은, 서로 다른 가닥의 전열선(250)으로 형성될 수 있고, 서로 다른 가닥의 제1, 제2 전열선(251,252)에는 전기적인 입력으로서의 제어된 구동 전력이 각각 개별적으로 인가될 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전열선(251,252)에는 동일한 구동 전원(미도시)이 연결되어 같은 구동 전력이 인가될 수도 있다.

이와 같이, 제1, 제2 전열선(251,252)의 일부는, 제1, 제2 열전달 시트(201,202)의 내부에 매립되어 있고, 제1, 제2 전열선(251,252)의 나머지 일부는 제1, 제2 열전달 시트(201,202)로부터 노출될 수 있다. 여기서, 상기 제1, 제2 전열선(251,252)의 일부가 제1, 제2 열전달 시트(201,202)의 내부에 매립되어 있고, 나머지 일부가 제1, 제2 열전달 시트(201,202)로부터 노출된다는 것은, 제1, 제2 열전달 시트(201,202)를 포함하는 전체 열전달 시트(200)의 주된 면, 그러니까, 배터리 셀(10)과 마주하는 열전달 시트(200)의 상면(200U, 도 6 참조)이나 냉각 플레이트(50)와 마주하는 열전달 시트(200)의 하면(200L, 도 6 참조)을 관찰하였을 때, 제1, 제2 전열선(251,252)의 일부는 열전달 시트(200) 내에 매립되고, 나머지 일부는 열전달 시트(200)로부터 노출된다는 것을 의미할 수 있다. 이와 달리, 열전달 시트(200)의 측면(200S, 도 6 참조)을 관찰하면, 제1, 제2 전열선(251,252)은, 열전달 시트(200)의 상면(200U, 도 6 참조)이나 하면(200L, 도 6 참조)으로 노출되지 않고, 열전달 시트(200)의 두께(t, 도 6 참조) 내부 또는 열전달 시트(200)의 두께(t)의 투영 영역 내에 온전하게 배치되며, 열전달 시트(200)의 두께(t)를 벗어나지 않을 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(251,252)은, 서로 다른 제1, 제2 방향(Z1,Z2)을 따라 연장될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 전열선(251)은, 제1 방향(Z1), 예를 들어, 열전달 시트(200)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장될 수 있고, 상기 제2 전열선(252)은, 제2 방향(Z2), 예를 들어, 열전달 시트(200)의 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 연장될 수 있다.

상기 제1, 제2 전열선(251,252)이 서로 다른 두 방향(Z1,Z2)으로 연장된다는 것은, 제1 전열선(251)의 모든 부분이 제1 방향(Z1)을 따라 연장되고, 제2 전열선(252)의 모든 부분이 제1 방향(Z1)과 다른 제2 방향(Z2)을 따라 연장된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 전열선(251)은, 열전달 시트(200)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연장되며, 열전달 시트(200)의 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 지그 재그 패턴으로 왕복하도록, 장변부 방향(제1 방향, Z1)으로 열전달 시트(200)의 양단부에서 상기 제1 전열선(251)은 U자 형태로 우회하며 그 연장 방향(Z1)을 반전시킬 수 있다. 이에, 상기 제1 전열선(251)의 모든 부분이 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장된다고 할 수는 없으나, 제1 전열선(251)의 주된 방향은 장변부 방향(제1 방향, Z1)에 해당되므로, 상기 제1 전열선(251)은 장변부 방향(제1 방향, Z1)을 따라 연장된다고 할 수 있다.

유사하게, 상기 제2 전열선(252)은, 열전달 시트(200)의 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연장되며, 열전달 시트(200)의 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 지그 재그 패턴으로 왕복하도록, 단변부 방향(제2 방향, Z2)으로 열전달 시트(200)의 양단부에서 상기 제2 전열선(252)은 U자 형태로 우회하며 그 연장 방향(Z2)을 반전시킬 수 있다. 이에, 상기 제2 전열선(252)의 모든 부분이 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 연장된다고 할 수는 없으나, 제2 전열선(252)의 주된 방향은 단변부 방향(제2 방향 Z2)에 해당되므로, 상기 제2 전열선(252)은 단변부 방향(제2 방향, Z2)을 따라 연장된다고 할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 냉각 플레이트(50)에는 냉각 매체의 흐름을 수용할 수 있는 유로(50a)가 형성될 수 있고, 열전달 시트(200)를 경유하여 배터리 셀(10)로부터 전달된 열은 냉각 매체의 흐름을 통하여 외부로 배출될 수 있다.

도 7에는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 8에는, 도 7에 도시된 열전달 시트의 사시도가 도시되어 있다. 도 9에는, 도 8의 열전달 시트와 열전달 시트 내에 매립되어 있는 전열 부재의 사시도가 도시되어 있다. 도 10에는, 도 8의 열전달 시트를 측면에서 도시한 도면이 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 배터리 셀(10)과, 상기 배터리 셀(10)의 냉각을 위한 냉각 플레이트(50)와, 상기 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 간의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀(10)과 냉각 플레이트(50) 사이에서 열 전달을 매개하기 위한 열전달 시트(300)와, 상기 열전달 시트(300)의 내부에 매립되어 있는 것으로, 전기적인 입력에 따라 발열을 일으키기 위한 전열 부재(H)를 포함할 수 있다.

도 8에 도시된 전열 부재(H)는, 전기적인 입력에 따라 서로 다른 제1, 제2 면(352) 사이에서 온도 차이를 형성하는 열전 소자(350)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 소자(350)는, 서로 반대되는 열적 효과가 나타나는 제1 면(351)과 제2 면(352)을 포함할 수 있으며, 상기 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352) 중 어느 일 면은, 상대적으로 온도가 높은 고온 면을 형성할 수 있고, 상기 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352) 중 나머지 일 면은, 상대적으로 온도가 낮은 저온 면을 형성할 수 있다.

상기 열전 소자(350)는 전기적인 입력에 따라, 제1, 제2 면(351,352) 중에서 어느 일 면을 통하여 발열 또는 가열을 하고, 제1, 제2 면(351,352) 중에서 나머지 일 면을 통하여 흡열 또는 냉각을 할 수 있으며, 상기 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352)을 통하여 다수의 배터리 셀(10)을 가열 또는 냉각할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열전달 시트(300) 내부에 열전 소자(350)를 매립하고 열전달 시트(300) 내에 매립된 열전 소자(350)를 가동함으로써, 예를 들어, 가동 초기에 저온의 배터리 셀(10)을 적정 온도 이상으로 신속하게 예열함으로써 배터리 셀(10)의 충, 방전 동작이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 열전 소자(350)는 전기적인 입력의 극성을 반전시킴으로써, 제1, 제2 면(351,352)에서 나타나는 열적 효과를 반전시킬 수 있고, 배터리 셀(10)의 충, 방전 동작에 따라 배터리 셀(10)이 가열된 고온의 환경에서, 배터리 셀(10)의 원활한 작동을 위하여 열전 소자(350)를 가동함으로써, 다수의 배터리 셀(10)을 냉각할 수도 있다.

상기 열전 소자(350)는, 서로 다른 열적 효과가 나타나는 서로 반대되는 제1, 제2 면(351,352)을 포함할 수 있고, 상기 제1, 제2 면(351,352)을 주된 면으로 하는 대략 판 상으로 형성될 수 있다. 상기 열전 소자(350)의 제1 면(351)은 배터리 셀(10)과 마주하고, 열전 소자(350)의 제2 면(352)은 냉각 플레이트(50)와 마주할 수 있으며, 열전 소자(350)의 제1 면(351)을 통하여 배터리 셀(10)을 가열 또는 냉각시킬 수 있고, 열전 소자(350)의 제2 면(352)을 통하여 배터리 셀(10)로 공급되는 열을 흡수하거나 또는 배터리 셀(10)로부터의 열을 배출할 수 있다.

상기 열전 소자(350)는 열전달 시트(300)의 내부에 매립될 수 있고, 열전달 시트(300)를 통하여 배터리 셀(10)과 열전 소자(350) 사이의 접촉 면적을 증대하고, 배터리 셀(10)과 열전 소자(350) 사이를 밀착시킴으로써 접촉 저항을 줄이며, 예를 들어, 배터리 셀(10)과 열전 소자(350) 사이에서 접촉면의 표면 조도에 따른 공기층을 메우고 열 전달 경로 상에서 접촉 저항을 줄이는 역할을 할 수 있다.

상기 열전 소자(350)는, 전체적으로 열전달 시트(300) 내부에 매립될 수 있고, 상기 열전 소자(350)에 대해 전기적인 입력으로서의 구동 전력을 공급하기 위한 전원 공급선(미도시)은, 열전달 시트(300)의 외부로 노출되어 구동 전원(미도시)과 연결될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352)은, 각각 열전달 시트(300)의 두께(t) 내부에 온전하게 매립될 수 있으며, 열전달 시트(300)의 상면(300U)이나 하면(300L)으로 노출되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열전 소자(350)의 제1 면(351)은, 열전달 시트(300)의 상면(300U)과 마주하고, 열전달 시트(300)의 상면(300U)에 의해 은폐되며 상면(300U)으로부터 노출되지 않을 수 있고, 열전 소자(350)의 제2 면(352)은 열전달 시트(300)의 하면(300L)과 마주하고, 열전달 시트(300)의 하면(300L)에 의해 은폐되며 하면(300L)으로부터 노출되지 않을 수 있다. 이와 같이, 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352)이 열전달 시트(300)의 상면(300U) 및 하면(300L)에 의해 은폐되며 노출되지 않음으로써, 도 7에 도시된 바와 같이, 열전 소자(350)의 제1 면(351)과 배터리 셀(10) 사이, 그리고, 열전 소자(350)의 제2 면(352)과 냉각 플레이트(50) 사이에 열전달 시트(300)가 개재되어, 이들 간의 접촉 저항을 줄여줄 수 있다.

상기 열전달 시트(300)의 상면(300U) 및 하면(300L)은, 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(50)와 마주하는 열전달 시트(300)의 주된 면을 형성할 수 있고, 각각 열전 소자(350)의 제1, 제2 면(351,352)을 매립할 수 있다. 상기 열전달 시트(300)는, 상면(300U) 및 하면(300L)을 주된 면으로 하고, 상면(300U) 및 하면(300L)을 연결하는 상대적으로 협소한 측면(300S)을 포함하는 대략 판 상으로 형성될 수 있다.

상기 열전 소자(350)를 매립하고 있는 열전달 시트(300)는, 상대적으로 협소한 열전 소자(350)의 제1 면(351)을 다수의 배터리 셀(10)에 대해 확장시킬 수 있고, 다수의 배터리 셀(10)에 대해 균일한 가열 또는 냉각 효과를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열전 소자(350)는 다수의 열전 소자(350)들을 포함함으로써, 다수의 배터리 셀(10)에 대해 균일한 가열 또는 냉각 효과를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열전 소자(350)는, 서로에 대해 이격된 다수의 열전 소자(350)들을 포함할 수 있으며, 다수의 열전 소자(350)들은 열전달 시트(300) 내부의 서로 겹쳐지지 않는 위치에 매립되어 열전달 시트(300)의 평면을 따라 균일한 가열 또는 냉각 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다수의 열전 소자(350)들은 열전달 시트(300)의 장변부 방향(제1 방향 Z1)을 따라 서로로부터 이격되도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 가동 초기와 같이, 배터리 셀(10)의 원활한 동작을 위한 적정 온도 보다 낮은 저온 환경에서는, 열전 소자(350)에 공급되는 제1 제어 신호에 따라 열전 소자(350)의 제1 면(351)이 고온 면으로, 열전 소자(350)의 제2 면(352)이 저온 면으로 동작될 수 있고, 이에 따라, 열전 소자(350)의 제1 면(351)을 통하여 다수의 배터리 셀(10)에 대해 열을 공급함과 동시에, 열전 소자(350)의 제2 면(352)을 통하여 냉각 플레이트(50)로부터 열을 흡수할 수 있다.

예를 들어, 배터리 셀(10)의 충, 방전 동작이 수행되는 가동 중과 같이, 배터리 셀(10)의 원활한 동작을 위한 적정 온도 보다 높은 고온 환경에서는, 열전 소자(350)에 공급되는 제2 제어 신호에 따라 열전 소자(350)의 제1 면(351)이 저온 면으로, 열전 소자(350)의 제2 면(352)이 고온 면으로 동작될 수 있고, 이에 따라, 열전 소자(350)의 제1 면(351)을 통하여 다수의 배터리 셀(10)로부터 열을 흡수함과 동시에, 열전 소자(350)의 제2 면(352)을 통하여 냉각 플레이트(50)를 향하여 열을 배출할 수 있다.

이와 같이, 배터리 셀(10)의 온도에 따라, 배터리 셀(10)과 마주하는 열전 소자(350)의 제1 면(351)을 고온 면 또는 저온 면으로 가동할 수 있으며, 열전 소자(350)의 제1 면(351)과 반대되는 제2 면(352)에서는 제1 면(351)과 반대로 저온 면 또는 고온 면으로 가동될 수 있다. 그리고, 열전 소자(350)의 제2 면(352)과 마주하는 냉각 플레이트(50)는, 배터리 셀(10)로 공급될 열을 흡수하거나 또는 배터리 셀(10)로부터 전달된 열을 배출할 수 있으며, 이런 점에서, 본 실시형태에서 냉각 플레이트(50)는, 고온 환경에서 배터리 셀(10)의 열을 배출하는 것은 물론이고, 저온 환경에서는 배터리 셀(10)에 대해 열을 공급할 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 배터리 셀 50: 냉각 플레이트
H: 전열 부재 100,200,300: 열전달 시트
201: 제1 열전달 시트 202: 제2 열전달 시트
100U,200U,300U: 상면 100L,200L,300L: 하면
100S,200S,300S: 측면 150,250: 전열선
151,251: 제1 전열선 152,252: 제2 전열선
E1,E11,E21: 제1 단부 E2,E12,E22: 제2 단부
350: 열전 소자 351: 제1 면
352: 제2 면

Claims (20)

1. 배터리 셀;
   상기 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 플레이트;
   상기 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이에서 열 전달을 매개하기 위한 열전달 시트로서, 각각 배터리 셀 및 냉각 플레이트와 접촉을 형성하는 상면 및 하면을 통하여 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 접촉 저항을 줄이기 위한 열전달 시트; 및
   적어도 일부가 상기 열전달 시트의 내부에 매립되는 것으로, 전기적인 입력에 따라 발열을 일으키기 위한 전열 부재;를 포함하고,
   상기 전열 부재는 서로 다른 방향을 따라 연장되는 제1, 제2 전열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전열 부재는, 열전달 시트의 상면 및 하면을 벗어나지 않도록 열전달 시트가 이루는 평면 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 전열선은, 전기적인 입력으로서의 전류가 소통되는 금속 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1, 제2 전열선 중에서 적어도 어느 하나의 전열선의 양단부를 형성하는 제1, 제2 단부는, 구동 전원과의 전기적인 연결을 위해, 상기 열전달 시트로부터 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 전열선은, 서로 다른 가닥의 전열선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전열선은, 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함하고,
   상기 제2 전열선은, 상기 열전달 시트의 내부에 매립되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전열선은, 열전달 시트의 장변부 방향을 따라 왕복하는 미엔더 형태로 연장되며,
   상기 제2 전열선은, 열전달 시트의 단변부 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제1항에 있어서,
   상기 전열선은, 상기 제1, 제2 전열선이 서로 엮이도록 직조된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전열선은, 제1, 제2 단부 사이에서 제1 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되며,
    상기 제2 전열선은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 제1 전열선의 상방 및 하방을 교대로 통과하면서 제1 전열선과 엮이도록 굴곡진 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전열선은, 상기 열전달 시트의 상면을 향하여 볼록한 피크 부분과, 상기 열전달 시트의 하면을 향하는 볼록한 피크 부분을 교대로 갖도록 굴곡진 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전열선은, 제1, 제2 단부 사이에서 제1 방향을 따라 왕복하도록 연속적으로 연장되는 한 가닥의 제1 전열선을 포함하고,
    상기 제2 전열선은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 다수 가닥의 제2 전열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전열선은, 제1 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되며,
    상기 제2 전열선은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 왕복하는 미엔더(meander) 형태로 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
14. 제13항에 있어서,
    상기 열전달 시트는,
    상기 제1 전열선을 매립하는 제1 열전달 시트; 및
    상기 제2 전열선을 매립하는 제2 열전달 시트를 포함하며,
    상기 제1, 제2 열전달 시트는 서로에 대해 적층되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전열선은, 제1 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 제1 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함하고,
    상기 제2 전열선은, 제2 열전달 시트로부터 노출된 제1, 제2 단부와, 제1, 제2 단부 사이에서 연속적으로 연장되며 제2 열전달 시트 내부에 매립되는 본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
16. 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각 플레이트;
    상기 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 냉각 경로 상에 개재되어 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이에서 열 전달을 매개하는 열전달 시트로서, 각각 배터리 셀 및 냉각 플레이트와 접촉을 형성하는 상면 및 하면을 통하여 배터리 셀과 냉각 플레이트 사이의 접촉 저항을 줄이기 위한 열전달 시트; 및
    적어도 일부가 상기 열전달 시트의 내부에 매립되는 것으로, 전기적인 입력에 따라 발열을 일으키기 위한 전열 부재;를 포함하고,
    상기 전열 부재는, 전기적인 입력에 따라 서로 다른 제1, 제2 면 사이에서 온도 차이를 형성하는 열전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
17. 제16항에 있어서,
    상기 열전 소자는, 상기 열전달 시트 내에 매립되고, 서로에 대해 이격된 다수의 열전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
18. 제16항에 있어서,
    상기 열전 소자의 제1 면은, 배터리 셀과 마주하고,
    상기 열전 소자의 제2 면은, 냉각 플레이트와 마주하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
19. 제18항에 있어서,
    상기 열전 소자의 제1, 제2 면은, 각각 열전달 시트의 내부에 매립되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
20. 제1항 또는 제16항 중에서 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트에는 냉각 매체의 흐름을 수용할 수 있는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.

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