KR20100096994A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 유로가 형성된 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 별도의 부품을 구비하거나, 두께를 증가시키지 않으면서도 강도를 향상시켜 스웰링 현상을 방지하고, 냉각 효율을 향상시켜 열화 현상을 최소화하며, 영역 별로 냉각 효율을 조절할 수 있도록 하여 모든 배터리 셀의 온도가 균일해지도록 함으로써 배터리 성능을 최적화하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 적어도 하나의 결합홈, 적어도 하나의 결합홈 근처의 주변 영역, 및 주변 영역 내에서 적어도 하나의 결합홈의 적어도 한 방향으로 연장되는 복수의 냉각 유로를 갖는 배터리 하우징과, 적어도 하나의 결합홈에 수용된 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩을 개시한다.
HEV, 배터리 하우징, 배터리 케이스, 냉각 유로, 열 스크린 부재, 배터리 팩

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 엔진과 모터의 상호 동작에 의해 주행 가능한 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에는, 전원 장치로서 배터리 팩이 탑재된다. 배터리 팩은 다수의 충전 가능한 배터리 셀과, 상기 다수의 배터리 셀을 수용하는 배터리 하우징으로 이루어진다. 여기서, 상기 배터리 셀은 다수개가 수평 방향으로 스택되고, 또한 서로 직렬로 연결된다.
또한, 상기 배터리 셀은 케이스, 양극판, 분리막 및 음극판을 갖는 전극 조립체, 상기 양극판에 연결된 양극 단자, 상기 음극판에 연결된 음극 단자, 상기 케이스에 결합되어 전해액과 함께 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 양극 단자 및 음극 단자를 고정하는 캡 플레이트로 이루어진다. 여기서, 상기 캡 플레이트에는 충전 또는 방전시 다량의 가스가 발생하면, 스스로 파열되면서 가스를 외부로 방출하는 안전 벤트가 더 형성될 수 있다.
이러한 배터리 팩은 충전 또는 방전시에 상대적으로 높은 전류가 입력되거나 출력되기 때문에, 각 배터리 셀에서 다량의 열이 발생한다. 따라서 각 배터리 셀은 내부의 부피가 팽창하여 스웰링되기 쉽다. 이와 같이 배터리 셀이 스웰링되면 전극 조립체를 이루는 양극판과 음극판 사이의 거리가 멀어지고, 저항이 증가함으로써, 결국 배터리 팩의 전기적 성능이 저하된다. 즉, 배터리 팩이 열화된다.
따라서 종래의 배터리 팩에는 상기 스웰링 현상이 억제되도록, 상기 배터리 셀의 주변에 다수의 구조물이 결합되었다. 따라서 종래의 배터리 팩은 부품수가 많고, 공정수가 많으며, 코스트가 높은 문제가 있다.
또한, 종래의 배터리 팩은 충전 또는 방전시 영역별로 온도가 서로 다르다. 예를 들면, 배터리 팩은 중앙의 온도가 가장 높고, 양측 가장자리의 온도가 가장 낮다. 즉, 배터리 셀이 수평 방향으로 밀착되어 스택되기 때문에, 중앙의 배터리 셀의 온도가 상대적으로 가장 높고, 양측 가장 자리의 배터리 셀의 온도가 상대적으로 가장 낮다. 이와 같이 각 배터리 셀의 온도가 다르면, 배터리 셀 별로 충전 용량 및 방전 용량에 차이가 발생하고, 따라서 배터리 팩의 전기적 성능이 저하된다.
본 발명은 별도의 부품을 구비하거나, 두께를 증가시키지 않으면서도 강도를 향상시켜 스웰링 현상을 방지할 수 있는 냉각 유로가 형성된 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 냉각 효율을 향상시켜 열화 현상을 최소화할 수 있는 냉각 유로가 형성된 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 영역 별로 냉각 효율을 조절하여 모든 배터리 셀의 온도가 균일해지도록 하여 배터리 성능을 최적화할 수 있는 냉각 유로가 형성된 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 한 실시예는 적어도 하나의 결합홈, 상기 적어도 하나의 결합홈 주변의 주변 영역, 및 상기 주변 영역 내에서 적어도 하나의 방향으로 연장되는 다수의 냉각 유로를 갖는 배터리 하우징; 및 상기 적어도 하나의 결합홈에 결합된 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
한 실시예로서, 상기 배터리 하우징은 상면과 하면을 갖고, 상기 적어도 하나의 방향은 상기 상면 및 상기 하면의 법선 방향이다. 더욱이, 한 실시예로서, 상기 다수의 냉각 유로는 상기 상면으로부터 상기 하면까지 연장된다.
한 실시예로서, 상기 배터리 하우징의 위에는 열 스크린 부재가 더 위치되고, 상기 열 스크린 부재는 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제1배열부를 덮는 평평한 표면과, 상기 적어도 하나의 결합홈을 노출시키는 제1개구와, 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제2배열부를 노출시키는 다수의 제2개구로 이루어진다. 한 실시예로서, 상기 다수의 제2개구는 상기 제1개구의 주위에 형성된다.
한 실시예로서, 상기 적어도 하나의 결합홈은 다수의 결합홈으로 이루어진 다.
본 발명의 다른 실시예는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판; 및 상기 전극 조립체 위에 설치된 캡 플레이트로 이루어진 배터리 조립 체; 및 상기 배터리 조립체 및 전해액을 수용하는 적어도 하나의 결합홈을 가지며, 상기 적어도 하나의 결합홈 주변에 형성된 주변 영역 및 상기 주변 영역내에서 적어도 하나의 방향으로 연장된 다수의 냉각 유로를 갖는 배터리 하우징을 포함하여 이루어진 배터리 팩을 제공한다.
한 실시예로서, 상기 캡 플레이트의 영역은 상기 적어도 하나의 결합홈의 개구가 갖는 영역보다 크고, 상기 캡 플레이트는 상기 배터리 하우징에 용접된다.
한 실시예로서, 상기 배터리 하우징의 위에는 열 스크린 부재가 더 위치되고, 상기 열 스크린 부재는 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제1배열부를 덮는 평평한 표면과, 상기 캡 플레이트를 노출시키는 제1개구와, 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제2배열부를 노출시키는 다수의 제2개구로 이루어진다.
한 실시예로서, 상기 캡 플레이트는 상기 열 스크린 부재와 같은 높이로 형성된 다. 한 실시예로서, 상기 결합홈을 정의하는 상기 배터리 하우징의 내벽에는 절연층이 더 형성된다.
한 실시예로서, 상기 다수의 냉각 유로는 제1피치로 그룹화되고, 상기 다수의 냉각 유로에 의한 그룹들은 상기 제1피치보다 큰 제2피치만큼 이격되어 형성된 다. 한 실시예로서, 상기 다수의 냉각 유로 각각은 원형, 사각형, 오각형 또는 육각 형태이다. 한 실시예로서, 상기 배터리 하우징은 알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹 또는 폴리머로 형성된다. 한 실시예로서, 상기 세라믹은 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 사이알론(SiAlON), 알루미나(Al2O3) 또는 지르코니 아(ZrO2)로 형성된다. 한 실시예로서, 상기 폴리머는 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PBT(polybutylene terephthalate) 또는 PFA(perfluoroalkoxy)로 형성된다. 한 실시예로서, 상기 다수의 냉각 유로는 서로 균일하게 이격되어 형성된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판; 및 상기 전극 조립체 위에 설치된 캡 플레이트로 이루어진 다수의 배터리 조립체; 및 상기 각각의 배터리 조립체와 전해액을 수용하는 다수의 결합홈을 갖는 배터리 하우징을 포함하여 이루어진 배터리 팩을 제공한다.
상기 배터리 하우징은 주변 영역과, 상기 주변 영역내에서 적어도 한 방향으로 연한 실시예로서, 장되는 다수의 냉각 유로를 포함하여 이루어진다. 한 실시예로서, 열 스크린 부재를 더 포함하고, 상기 주변 영역은 제1주변 영역과 제2주변 영역을 포함하며, 상기 열 스크린 부재는 상기 제2주변 영역에서보다 상기 제1주변 영역에서 더 많은 갯수의 다수의 냉각 유로를 노출시킨다. 한 실시예로서, 상기 결합홈을 정의하는 상기 배터리 하우징의 내벽에는 절연층이 더 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 하우징에 다수의 냉각 유로가 형성됨으로써, 별도의 부품을 준비하거나, 배터리 하우징의 두께를 증가시키지 않으면서도 배터리 하우징의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 배터리 팩의 충방전시 내부 압력 상승에 따른 스웰링 현상이 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 하우징에 다수의 냉각 유로가 형성됨으로써, 별도의 냉각 부재 없이도 배터리 팩의 냉각 효율이 향상된다. 따라서 배터리 팩의 충방전시 발생되는 열이 신속히 외부로 방출되어, 배터리 팩의 열화 현상이 최소화된다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 하우징에 형성된 다수의 냉각 유로를 선택적으로 개폐할 수 있는 열 스크린 부재가 구비됨으로써, 배터리 팩의 영역별로 냉각 효율이 조절될 수 있다. 따라서 모든 배터리 셀의 온도가 균일해지도록 할 수 있음으로써, 배터리 성능이 최적화된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 저면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 하우징(110) 및 배터리 셀(배터리 조립체)(120)을 포함한다.
상기 배터리 하우징(110)은 평평한 상면과, 이의 반대면으로서 평평한 하면과, 상기 상면과 상기 하면 사이에 형성된 네개의 측면을 포함한다. 또한, 상기 배터리 하우징(110)은 상기 상면에 일정 깊이로 형성된 다수의 결합홈(111)을 포함한다. 여기서, 상기 결합홈(111)의 외주연 상면을 주변 영역으로 정의할 수 있는데, 이러한 주변 영역에는 다수의 냉각 유로(112)가 형성되어 있다. 상기 결합홈(111)은 수평 방향으로 일정 간격을 가지며 다수개가 배열되어 형성될 수 있다. 물론, 상기 결합홈(111)은 배터리 셀(배터리 조립체)(120)이 결합되어 안정적으로 고정되도록 충분한 깊이를 갖는다. 더불어, 상기 결합홈(111)은 평면의 형태가 직사각형, 정사각형 또는 원형일 수 있으나, 여기서 상기 결합홈(111)의 평면 형태를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 냉각 유로(112)는 상기 결합홈(111)의 외주연인 주변 영역에서 동일한 피치 또는 서로 다른 피치를 가지며 다수개가 배열되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 결합홈(111)은 상기 배터리 하우징(110)의 전체 높이보다 작은 깊이를 가지며 형성되는 반면, 상기 냉각 유로(112)는 상기 배터리 하우징(110)을 수직 방향으로 완전히 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 냉각 유로(112)는 상기 배터리 하우징(110)의 상면과 하면을 관통한다. 다르게 표현하면, 상기 냉각 유로(112)는 상기 배터리 하우징(110)의 상면과 하면 사이에 연장되어 있다. 또 다르게 표현하면, 상기 냉각 유로(112)는 상기 배터리 하우징(110)의 상면과 하면의 법선 방향으로 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 냉각 기체 또는 냉각 유체는 상기 냉각 유로(112)를 통하여 상부에서 하부로, 또는 하부에서 상부로 자유롭게 흐를 수 있다. 따라서 배터리 팩(100)의 냉각 성능이 현저히 향상된다.
한편, 상기 배터리 하우징(110)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 스텐레스 스틸(SUS), 세라믹, 폴리머 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 세라믹은 질화규 소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 사이알론(SiAlON), 알루미나(Al2O3) 또는 지르코니아(ZrO2)일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 폴리머는 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PBT(polybutylene terephthalate) 또는 PFA(perfluoroalkoxy) 일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 결합홈(111) 및 냉각 유로(112)는 통상의 인발, 압출, 레이저 식각 또는 화학적 식각으로 형성할 수 있으나, 이러한 형성 방법으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 배터리 셀(배터리 조립체)(120)은 케이스(121), 전극 조립체(122), 캡 플레이트(123), 양극 단자(126) 및 음극 단자(127)를 포함한다.
상기 케이스(121)는 상기 배터리 하우징(110)의 결합홈(111)에 결합된다. 이러한 케이스(121)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 스텐레스 스틸(SUS), 세라믹, 폴리머 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 케이스(121)는 평면 형태가 직사각형, 정사각형 또는 원형일 수 있으나, 여기서 상기 케이스(121)의 평면 형태를 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(122)는 상기 케이스(121)에 전해액과 함께 수용된다. 상기 전극 조립체(122)는 양극판, 분리막 및 음극판으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 양극판, 분리막 및 음극판은 권취축을 중심으로 대략 타원 형태로 다수회 권취된 형태일 수 있다.
상기 캡 플레이트(123)는 상기 전극 조립체(122)를 덮도록 상기 케이스(121)에 결합되어 있다. 일례로, 상기 캡 플레이트(123)는 상기 케이스(121)에 레이저 용접, 저항 용접 또는 초음파 용접에 의해 결합될 수 있다. 물론, 상기 캡 플레이트(123) 역시 상기 케이스(121)와 같은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(123)에는 케이스(121)의 내부 압력이 허용치 이상일 경우 스스로 파열되면서 내부 가스를 외부로 방출하는 안전 벤트(124)가 형성될 수 있다. 이러한 안전 벤트(124)는 두께가 상기 캡 플레이트(123)의 두께에 비해 상대적으로 얇게 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(123)에는 주액홀을 통한 전해액 주액후 주액홀을 막는 플러그(125)가 더 결합될 수 있다.
상기 양극 단자(126) 및 상기 음극 단자(127)는 상기 캡 플레이트(123)에 결합되어, 상부 방향으로 소정 길이 돌출되어 있다. 상기 양극 단자(126) 및 상기 음극 단자(127)는 추후 버스 바가 결합되어 고정될 수 있도록, 표면에 나사산이 형성될 수 있다. 더불어, 상기 양극 단자(126)는 전극 조립체(122)중 양극판에 집전판을 통하여 전기적으로 접속되고, 상기 음극 단자(127)는 전극 조립체(122)중 음극판에 집전판(129)을 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 더불어, 상기 양극 단자(126)는 알루미늄(Al), 상기 음극 단자(127)는 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 케이스(121)와 캡 플레이트(123)를 포함한 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 높이는 상기 배터리 하우징(110)에 형성된 결합홈(111)의 깊이와 같을 수 있다. 따라서 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(120)이 상기 배터리 하우 징(110)의 결합홈(111)에 결합될 경우, 상기 캡 플레이트(123)의 표면과 상기 배터리 하우징(110)의 상부 표면이 같은 평면을 이룰 수 있다. 다르게 표현하면, 상기 캡 플레이트(123)의 상면과 상기 배터리 하우징(110)의 상면이 같은 높이를 이룰 수 있다. 물론, 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 높이가 결합홈(111)의 깊이보다 작거나 클 수도 있다.
이와 같이 하여 본 발명은 배터리 하우징(110)에 다수의 냉각 유로(112)가 형성됨으로써, 냉각 효율이 현저히 향상된다. 따라서 배터리 팩(100)의 열화 현상이 최소화된다. 또한, 본 발명은 다수의 냉각 유로(112)로 인해, 별도의 부품을 구비하거나, 두께를 증가시키지 않으면서도 배터리 하우징(110)의 강도가 향상되고 무게는 감소된다. 즉, 상기 다수의 냉각 유로(112)가 마치 벌집과 유사한 구조를 함으로써, 배터리 하우징(110)의 강도가 향상되고, 무게는 감소한다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 각 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 스웰링 현상이 적절히 방지된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은 배터리 하우징(110), 배터리 셀(배터리 조립체)(120) 및 열 스크린 부재(230)를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 하우징(110) 및 배터리 셀(배터리 조립체)(120)은 위에서 이미 설명하였다. 따라서 여기서는 상기 열 스크린 부재(230)를 중심으로 설명 한다.
상기 열 스크린 부재(230)는 대략 얇은 판상으로 형성되어 있으며, 이는 상기 배터리 하우징(110)에 형성된 냉각 유로(112)를 선택적으로 개방하거나 또는 폐쇄하는 역할을 한다. 일례로, 배터리 팩(200)은 충전 또는 방전시 중앙 영역에 대응하는 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 온도가 가장 높고, 양측의 가장 자리 영역에 대응하는 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 온도가 상대적으로 가장 낮다. 따라서 상기 열 스크린 부재(230)는 중앙 영역의 냉각 유로(112)가 상대적으로 가장 많이 개방되도록 하고, 양측의 가장 자리 영역으로 갈수록 냉각 유로(112)가 상대적으로 점차 작게 개방되도록 한다.
이를 위해, 상기 열 스크린 부재(230)는 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(120)과 대응되는 위치에 제1개구(231)가 형성되고, 상기 제1개구(231)의 외측에서 특정의 냉각 유로(112)를 개방할 수 있도록 제2개구(232)가 형성되어 이루어져 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 제2개구(232)는 상기 배터리 하우징(110)의 중앙 영역의 냉각 유로(112)와 대응되는 위치에서 상대적으로 가장 크게 형성되고, 상기 배터리 하우징(110)의 양측 가장 자리 영역으로 갈수록 상대적으로 점차 작게 형성되어 있다.
다르게 설명하면, 상기 열 스크린 부재(230)는 다수의 냉각 유로(112) 중에서 일정 영역의 제1배열부를 덮는 영역(또는 표면)과, 상기 결합홈 즉, 배터리 셀(배터리 조립체)(120)을 노출시키는 제1개구(231)와, 상기 다수의 냉각 유로(112) 중에서 일정 영역의 제2배열부를 노출시키는 제2개구(232)로 이루어질 수 있다. 여 기서, 상기 제2개구(232)의 크기는 배터리 하우징(110)의 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 상대적으로 점차 작아진다. 물론, 상기 제2개구(232)는 상기 제1개구(231) 주위에 형성됨은 당연하다.
이러한 열 스크린 부재(230)는 금속, 세라믹, 폴리머 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 열 스크린 부재(230)는 접착 방식 또는 용접 방식에 의해 상기 배터리 하우징(110)에 결합될 수 있으나, 여기서 상기 열 스크린 부재(230)와 배터리 하우징(110) 사이의 결합 방식을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은 열 스크린 부재(230)의 제2개구(232)의 크기 및 배열 상태를 적절히 디자인함으로써, 충방전시 수평 방향으로 스택된 모든 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 온도를 거의 균일하게 할 수 있다. 따라서 각 배터리 셀(배터리 조립체)(120)의 충전 용량 및 방전 용량이 모두 균일해짐으로써, 배터리 팩(200)의 전기적 성능이 더욱 향상된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은 배터리 하우징(110) 및 배터리 셀(배터리 조립체)(320)을 포함한다. 여기서, 상기 배터리 하우징(110)은 위에서 이미 설명하였다. 따라서 여기서는 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(320)을 중심으로 설명한다.
상기 배터리 셀(배터리 조립체)(320)은 전극 조립체(322), 캡 플레이트(323), 양극 단자(326) 및 음극 단자(327)를 포함한다.
상기 전극 조립체(322)는 상기 배터리 하우징(110)의 결합홈(111)에 전해액과 함께 직접 수용된다. 상기 전극 조립체(322)는 양극판, 분리막 및 음극판으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 양극판, 분리막 및 음극판은 권취축을 중심으로 다수회 권취된 형태를 한다.
상기 캡 플레이트(323)는 상기 전극 조립체(322)를 덮도록 상기 배터리 하우징(110)에 직접 결합되어 있다. 일례로, 상기 캡 플레이트(323)는 상기 배터리 하우징(110)에 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 결합될 수 있다. 물론, 상기 캡 플레이트(323)는 상기 배터리 하우징(110)과 같은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(323)에는 결합홈(111)의 내부 압력이 허용치 이상일 경우 스스로 파열되면서 내부 가스를 외부로 방출하는 안전 벤트(324)가 형성될 수 있다. 이러한 안전 벤트(324)는 두께가 상기 캡 플레이트(323)의 두께에 비해 상대적으로 얇게 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(323)에는 주액홀을 통한 전해액 주액후 주액홀을 막는 플러그(325)가 더 결합될 수 있다.
상기 양극 단자(326) 및 상기 음극 단자(327)는 상기 캡 플레이트(323)에 결합되어, 상부 방향으로 일정 길이 돌출되어 있다. 더불어, 상기 양극 단자(326)는 전극 조립체(322)중 양극판에 집전판(328)을 통하여 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 음극 단자(327)는 전극 조립체(322)중 집전판(329)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(323)는 상기 배터리 하우징(110)에 직접 결합(용접 또는 접착)되기 때문에, 상기 배터리 하우징(110)이 갖는 결합홈(111)의 넓이보다 넓은 넓이를 가질 수 있다. 따라서 상기 캡 플레이트(323)는 상기 배터리 하우징(110)의 상면으로부터 일정 두께 돌출된 형태를 한다. 물론, 상기 결합홈(111) 및 상기 캡 플레이트(323)의 디자인을 약간 변경함으로써, 상기 캡 플레이트(323)와 상기 배터리 하우징(110)의 표면이 동일 평면을 이루도록 할 수도 있다.
이와 같이 하여, 본 발명은 각 배터리 셀(배터리 조립체)(320)에 케이스가 사용되지 않았다. 따라서 본 발명은 상기 케이스에 해당하는 만큼의 코스트를 절감할 수 있다. 물론, 본 발명은 상술한 바와 같이 다수의 냉각 유로(112)를 갖는 배터리 하우징(110)을 이용함으로써, 배터리 하우징(110)의 냉각 성능 및 강도를 향상하여 배터리 셀(배터리 조립체)(320)의 스웰링 현상을 억제할 뿐만 아니라, 열화 현상도 방지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(400)은 배터리 하우징(110), 배터리 셀(배터리 조립체)(320) 및 열 스크린 부재(430)를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 하우징(110) 및 배터리 셀(배터리 조립체)(320)은 위에서 이미 설명하였다. 더불어, 상기 열 스크린 부재(430)도 상술한 배터리 팩(200)의 열 스크린 부재(230)와 거의 동일하다.
상기 열 스크린 부재(430)는 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(320)과 대응되는 위치에 제1개구(431)가 형성되고, 상기 제1개구(431)의 외측에서 특정 냉각 유로(112)를 개방할 수 있도록 제2개구(432)가 형성되어 이루어져 있다. 즉, 상기 제2개구(432)는 상기 배터리 하우징(110)의 중앙 영역의 냉각 유로(112)와 대응되는 위치에서 상대적으로 가장 크게 형성되고, 상기 배터리 하우징(110)의 양측 가장 자리 영역으로 갈수록 상대적으로 점차 작게 형성되어 있다.
다르게 설명하면, 상기 열 스크린 부재(430)는 다수의 냉각 유로(112) 중에서 일정 영역의 제1배열부를 덮는 영역(또는 표면)과, 상기 결합홈 즉, 배터리 셀(배터리 조립체)(120)을 노출시키는 제1개구(431)와, 상기 다수의 냉각 유로(112) 중에서 일정 영역의 제2배열부를 노출시키는 제2개구(432)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제2개구(432)의 크기는 배터리 하우징(110)의 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 상대적으로 점차 작아진다. 물론, 상기 제2개구(432)는 상기 제1개구(431) 주위에 형성됨은 당연하다.
한편, 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(320)중 캡 플레이트(323)는 배터리 하우징(110)의 표면으로부터 돌출된 형태를 하므로, 상기 캡 플레이트(323)의 두께와 상기 열 스크린 부재(430)의 두께가 거의 같다면, 상기 캡 플레이트(323)와 상기 열 스크린 부재(430)는 거의 같은 평면을 이룬다. 즉, 상기 캡 플레이트(323)는 상기 열 스크린 부재(430)와 같은 높이를 가질 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 팩(400)은 수평 방향으로 스택된 모든 배터리 셀(배터리 조립체)(320)의 충방전시 온도를 거의 균일하게 유지할 수 있 다. 따라서 각 배터리 셀(배터리 조립체)(320)의 충전 용량 및 방전 용량이 모두 균일해짐으로써, 배터리 팩(400)의 전기적 성능이 향상된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 배터리 하우징에 형성된 다양한 형태의 냉각 유로를 도시한 평면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉각 유로(112a)는 평면의 형태가 대략 원형일 수 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 냉각 유로(112b)는 대략 사각형일 수 있다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이 냉각 유로(112c)는 대략 마름모형일 수 있다. 또한, 도 5d에 도시된 바와 같이 냉각 유로(112d)는 대략 오각형일 수 있다. 또한, 도 5e에 도시된 바와 같이 냉각 유로(112e)는 대략 육각형일 수 있다. 이밖에도 냉각 유로는 다양한 형태를 이룰 수 있으며, 도면에 도시된 모양으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 배터리 케이스에 형성된 냉각 유로 및 절연층을 도시한 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 배터리 하우징(610a)은 일정 깊이의 결합홈(611a)이 형성되어 있고, 상기 결합홈(611a)의 외주연인 주변 영역에는 다수의 냉각 유로(612a)가 관통되어 형성되어 있다. 즉, 상기 냉각 유로(612a)는 상단과 하단이 모두 개방되어 있다.
또한, 상기 배터리 하우징(610a)은 결합홈(611a)의 표면을 포함하여 그 외주 연의 표면에 일정 두께의 절연층(616a)이 형성될 수 있다. 이러한 절연층(616a)은 전기 전도도가 충분히 작고 또한 화학적 내성이 강한 것이 바람직하다. 이러한 절연층(616a)에 의해, 상기 배터리 하우징(610a)의 결합홈(611a)에는 전해액이 직접 수용될 수 있다. 또한, 상기 배터리 하우징(610a)의 결합홈(611a)에 다수의 배터리 셀(배터리 조립체)이 직접 결합되어도, 그들 상호간에 불필요한 전기적 쇼트 현상이 발생하지 않는다.
일례로, 상기 절연층(616a)은 상기 배터리 하우징(610a)이 알루미늄으로 이루어질 경우 애노다이징층(anodizing layer)일 수 있다. 이러한 애노다이징층은 주지된 바와 같이 알루미늄 재료를 전해액 내에서 양극이 되도록 함으로써, 양극에서 발생하는 산소에 의해 알루미늄의 표면에 형성된 산화알루미늄 피막이다. 이러한 산화알루미늄 피막은 전기 전도도가 극히 작고 또한 화학적 내성이 매우 강하다. 이밖에도, 상기 절연층(616a)은 통상의 PET(polyethylene terephthalate) 또는 EPDM(ethylene propylene diene M-class)을 코팅하여 얻을 수 있으며, 본 발명에서 상기 절연층(616a)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 6b에 도시된 바와 같이 배터리 하우징(610b)에는 다수의 냉각 유로(612b)가 관통되어 형성될 수 있다. 즉, 다수의 냉각 유로(612b)는 상단과 하단이 모두 개방된 형태일 수 있다. 따라서 냉각 매체는 상기 냉각 유로(612b)를 따라 상부에서 하부로 움직이거나 또는 반대로 하부에서 상부로 움직일 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이 배터리 하우징(610c)은 다수의 냉각 유로(612c)가 일단은 폐쇄된 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 다수의 냉각 유로(612c)는 상단이 모두 폐쇄되고, 하단이 모두 개방된 형태일 수 있다. 더불어, 한 쌍의 냉각 유로(612c)는 상부 영역에 서로 연결된 형태를 함으로써, 전체적으로 대략 "∩"자 형태일 수 있다. 따라서 냉각 매체는 상기 "∩"자 형태의 냉각 유로(612c)를 따라 이동하면서, 배터리 하우징(610c)을 냉각시킨다. 이밖에도 본 발명에 따른 냉각 유로(612c)는 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 형성될 수도 있다. 더불어, 상기 냉각 유로(612c)는 수직 방향과 수평 방향에 각각 형성될 수도 있으며, 상기 냉각 유로(612c)의 형성 방향 및 모양을 한정하는 것은 아니다. 도 6a 내지 도 6c에서, 화살표는 냉각 매체의 흐름을 도시한 일례이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이다. 여기서, 도 7에 도시된 배터리 팩(500)은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 배터리 팩(100)과 유사하고, 도 8에 도시된 배터리 팩(600)은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 배터리 팩(300)과 유사하다. 따라서 여기서는 그 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 하우징(510,610)에 형성된 냉각 유로(512,612)는 다수의 동일한 제1피치를 가지며 배열된 하나의 군(群) 또는 그룹(513,613)을 이룰 수 있다. 비록, 도면에서는 대략 4개의 냉각 유로(512,612)가 하나의 군 또는 그룹(513,613)을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 개수로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 군 또는 그룹(513,613)은 상기 제1피치보다 큰 제2피치를 가지며 다수가 배열될 수 있다. 따라서 상기 군 또는 그 룹(513,613)과 군 또는 그룹(513,613) 사이에는 상대적으로 폭이 넓은 영역(514,614)이 형성된다. 이와 같이하여, 배터리 하우징(110)은 냉각 유로(512,612)로 이루어진 군 또는 그룹(514,614)과 군 또는 그룹(514,614) 사이에 강성을 더욱 증가시키는 폭이 넓은 영역(514,614)(보강 영역)이 형성된 형태를 한다.
따라서 본 발명에 따른 배터리 팩(500,600)은 별도의 부품없이 배터리 하우징(510,610)의 두께를 증가시키지 않으면서도 배터리 하우징(510,610)의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서 배터리 팩(500,600)의 충방전시 내부 압력 상승에 따른 스웰링을 더욱 효율적으로 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(700)은 배터리 하우징(110) 및 배터리 셀(배터리 조립체)(120 또는 320)를 포함한다. 상기 배터리 셀(배터리 조립체)(120 또는 320)은 앞에서 설명한 것과 같거나 거의 같다. 이하에서, 상기 배터리 하우징(110)이 주로 설명된다.
냉각 유로(112)의 갯수는 배터리 하우징(110)의 중앙 영역과 가장자리 영역에서 서로 다르다. 예를 들면, 냉각 유로(112)의 갯수는 배터리 하우징(110)의 중앙 영역에서 상대적으로 많다. 또한, 냉각 유로(112)의 갯수는 배터리 하우징(110)의 가장 자리 영역에서 상대적으로 작다. 또다른 예로, 냉각 유로(112)의 피치는 배터리 하우징(112)의 중앙 영역에서 상대적으로 작다. 또한, 냉각 유로(112)의 피 치는 배터리 하우징(112)의 가장 자리 영역에서 상대적으로 크다.
이러한 실시예에서, 배터리 하우징(110)의 수평 방향으로 스택된 모든 배터리 셀(배터리 조립체)(120 또는 320)의 온도는 충전 또는 방전 중에 거의 동일하다. 결과적으로, 배터리 셀(배터리 조립체)(120 또는 320)의 충전 및 방전 용량은 일정하게 유지되고, 배터리 팩(700)의 전기적 성능이 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 냉각 유로가 형성된 배터리 하우징 및 이를 갖는 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 저면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도, 결합 사시도 및 일부 분해 사시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 배터리 하우징에 형성된 다양한 형태의 냉각 유로를 도시한 평면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 배터리 하우징에 형성된 냉각 유로 및 절연층을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 따른 배터리 팩
110; 배터리 하우징 111; 결합홈
112; 냉각 유로 120; 배터리 셀
121; 케이스 122; 전극 조립체
123; 캡 플레이트 124; 안전 벤트
125; 플러그 126; 양극 단자
127; 음극 단자 230; 열 스크린 부재
231; 제1개구 232; 제2개구

Claims (22)

  1. 적어도 하나의 결합홈, 상기 적어도 하나의 결합홈 주변의 주변 영역, 및 상기 주변 영역 내에서 적어도 하나의 방향으로 연장되는 다수의 냉각 유로를 갖는 배터리 하우징; 및
    상기 적어도 하나의 결합홈에 결합된 배터리 셀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징은 상면과 하면을 갖고,
    상기 적어도 하나의 방향은 상기 상면 및 상기 하면의 법선 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징은 상면과 하면을 갖고,
    상기 다수의 냉각 유로는 상기 상면으로부터 상기 하면까지 연장됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 위에는 열 스크린 부재가 더 위치되고,
    상기 열 스크린 부재는 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제1배열부를 덮는 평평한 표면과,
    상기 적어도 하나의 결합홈을 노출시키는 제1개구와,
    상기 다수의 냉각 유로 중에서 제2배열부를 노출시키는 다수의 제2개구로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 제2개구는
    상기 제1개구의 주위에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 결합홈은 다수의 결합홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판; 및 상기 전극 조립체 위에 설치된 캡 플레이트로 이루어진 배터리 조립체; 및
    상기 배터리 조립체 및 전해액을 수용하는 적어도 하나의 결합홈을 가지며, 상기 적어도 하나의 결합홈 주변에 형성된 주변 영역 및 상기 주변 영역내에서 적어도 하나의 방향으로 연장된 다수의 냉각 유로를 갖는 배터리 하우징을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 영역은
    상기 적어도 하나의 결합홈의 개구가 갖는 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는
    상기 배터리 하우징에 용접된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 위에는 열 스크린 부재가 더 위치되고,
    상기 열 스크린 부재는 상기 다수의 냉각 유로 중에서 제1배열부를 덮는 평평한 표면과,
    상기 캡 플레이트를 노출시키는 제1개구와,
    상기 다수의 냉각 유로 중에서 제2배열부를 노출시키는 다수의 제2개구로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는
    상기 열 스크린 부재와 같은 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 결합홈을 정의하는 상기 배터리 하우징의 내벽에는 절연층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 냉각 유로는 제1피치로 그룹화되고,
    상기 다수의 냉각 유로에 의한 그룹들은 상기 제1피치보다 큰 제2피치만큼 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 냉각 유로 각각은
    원형, 사각형, 오각형 또는 육각 형태인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 하우징은
    알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹 또는 폴리머로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 세라믹은
    질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 사이알론(SiAlON), 알루미나(Al2O3) 또는 지르코니아(ZrO2)로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 폴리머는
    PP(polypropylene), PE(polyethylene), PBT(polybutylene terephthalate) 또는 PFA(perfluoroalkoxy)로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 냉각 유로는
    서로 균일하게 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판; 및 상기 전극 조립체 위에 설치된 캡 플레이트로 이루어진 다수의 배터리 조립체; 및
    상기 각각의 배터리 조립체와 전해액을 수용하는 다수의 결합홈을 갖는 배터리 하우징을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배터리 하우징은
    주변 영역과, 상기 주변 영역내에서 적어도 한 방향으로 연장되는 다수의 냉각 유로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제20항에 있어서,
    열 스크린 부재를 더 포함하고,
    상기 주변 영역은 제1주변 영역과 제2주변 영역을 포함하며,
    상기 열 스크린 부재는 상기 제2주변 영역에서보다 상기 제1주변 영역에서 더 많은 갯수의 다수의 냉각 유로를 노출시킴을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 결합홈을 정의하는 상기 배터리 하우징의 내벽에는 절연층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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