KR20110089661A - 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20110089661A
KR20110089661A KR1020100009158A KR20100009158A KR20110089661A KR 20110089661 A KR20110089661 A KR 20110089661A KR 1020100009158 A KR1020100009158 A KR 1020100009158A KR 20100009158 A KR20100009158 A KR 20100009158A KR 20110089661 A KR20110089661 A KR 20110089661A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cover
battery
battery pack
flow path
cooling fluid
Prior art date
Application number
KR1020100009158A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101097226B1 (ko
Inventor
김태용
Original Assignee
에스비리모티브 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스비리모티브 주식회사 filed Critical 에스비리모티브 주식회사
Priority to KR1020100009158A priority Critical patent/KR101097226B1/ko
Priority to US12/801,737 priority patent/US8852779B2/en
Publication of KR20110089661A publication Critical patent/KR20110089661A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101097226B1 publication Critical patent/KR101097226B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Abstract

본 발명은, 유체 순환에 의하여 내부의 열을 외부로 배출하여 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및 내부에 상기 배터리 모듈을 수납하고, 냉각 유체가 순환하는 순환 유로가 배치되는 커버를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 복수개의 단위 전지 셀을 적층하여 형성되는 배터리 모듈을 상하 및/또는 옆으로 적층하여 형성되는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다. 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있으며, 자동차용 전지로도 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비한다. 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많다. 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극 탭을 각각 구비할 수 있다.
전극 조립체는 케이스의 내부에 수납되고, 케이스의 외부로는 전극 단자가 노출될 수 있다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 케이스는 원통형 또는 각형이 될 수 있다.
복수개의 이차 전지의 단위 전지 셀이 수평 또는 수직으로 적층되어 배터리 모듈이 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 모듈이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 하나의 배터리 팩이 형성될 수 있다.
본 발명은, 유체 순환에 의하여 내부의 열을 외부로 배출하여 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및 내부에 상기 배터리 모듈을 수납하고, 냉각 유체가 순환하는 순환 유로가 배치되는 커버를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 커버가, 외부로 노출되는 제1 커버와 상기 제1 커버 내면에 상기 제1 커버와 이격되어 배치되는 제2 커버를 구비할 수 있다.
상기 순환 유로가 상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치될 수 있다.
상기 순환 유로가 상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치될 수 있다.
상기 순환 유로가 상기 커버의 내측 면에 접촉되도록 배치될 수 있다.
상기 순환 유로가 상기 커버의 내측 면에 굴곡지도록 배치되는 순환 파이프가 될 수 있다.
적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비할 수 있다.
상기 순환 유로의 일 단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 냉각 유체가 수납되는 유체 탱크; 및 상기 순환 유로의 다른 일단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 유체 탱크의 상기 냉각 유체를 상기 순환 유로로 공급하는 펌프를 더 구비할 수 있다.
적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비하고, 상기 받침대에 상기 유체 탱크 및 상기 펌프가 수납될 수 있다.
상기 냉각 유체가 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈이 상기 배터리 셀이 제1방향으로 적층되어 형성되고, 상기 배터리 모듈이 제2 방향과 제3 방향 중의 적어도 어느 하나의 방향으로 적층되어 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 적어도 일 면에 상기 배터리 모듈이 배치되고, 내부에 냉각 유체가 순환하는 제1 유로가 배치되는 지지 프레임; 및 내부에 상기 배터리 모듈을 수납하고, 냉각 유체가 순환하는 제2 유로가 배치되는 커버를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 서로 연결될 수 있다.
상기 지지 프레임이 복수개 구비되고, 각각의 상기 지지 프레임의 제1 유로들과 상기 제2 유로와 연결되고, 상기 펌프와 연결되어 상기 제1 유로들 및 상기 제2 유로에 상기 냉각 유체를 분배하여 공급하는 분배기를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 유체 순환에 의하여 내부의 열을 외부로 배출함으로써, 배터리 팩의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서, 커버가 분리된 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 3은 순환 유로가 내면 커버와 외면 커버 사이에 형성된 모습을 도시한 실시예의 일 단면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩에서, 커버의 내측 면에 순환 파이프가 굴곡지도록 배치되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩에서, 복수 개의 배터리 셀이 적층되어 형성되는 배터리 모듈의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서, 내부에 온돌 유로가 형성되는 지지 프레임을 구비하는 배터리 팩의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 7에는 각각 내부에 온돌 유로가 배치되는 복수개의 지지 프레임(600)을 포함하는 배터리 팩의 실시예에서, 분배기와 순환 유로 및 온돌 유로의 연결 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 사용되는 실시예로서, 내부에 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 수용되는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 외관이 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 배터리 팩(10)에서 커버(300)가 분리된 모습이 도시되어 있다. 도 3에는 순환 유로(410)가 외면 커버(310)와 내면 커버(320) 사이에 형성된 실시예가 도시되어 있다.
배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100)이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(100)은 적층되어 일체가 되는 적어도 하나 이상의 배터리 셀들(110)을 포함할 수 있다. 이때, 배터리 셀(110)은 충방전 동작에 의하여 열이 발생할 수 있으며, 발생한 열로 인하여 배터리 성능 및 수명이 나빠질 수 있다.
특히, 배터리 팩(10)에는 많은 개수의 배터리 셀들(110)이 서로 적층되므로, 각각의 배터리 셀(110)에서 발생하는 열이 더욱 많아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 커버(300)에 냉각 유체가 흐르는 순환 유로 또는 순환 파이프에 의하여 배터리 팩(10) 내부의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)의 내부에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 한다.
한편, 전기 자동차 또는 전기 작동을 포함하는 하이브리드 자동차에는 배터리 팩(10)이 장착될 수 있다. 이때, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 포함되는 배터리 팩(10)은 그 자체를 자동차로부터 분리 가능한 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 자동차에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는, 냉각 유체를 공급하여 순환 유로(410)를 통하여 내부를 순환시켜 열을 흡수한 후에 외부로 다시 배출한 후에 외부에서 냉각시킴으로써, 배터리 팩(10)의 내부를 냉각시킬 수 있다. 이때, 냉각 효율을 높일 수 있도록, 순환 유로(410)가 커버(300)에 배치될 수 있다.
한편, 순환 유로(410)에는 냉각 유체가 받침대(200)에 배치되는 유체 탱크(510) 및 펌프(520)를 통하여 공급될 수 있다. 이 경우, 커버(300)가 유지 보수 또는 충전 등을 위하여 배터리 팩(10)에서 분리될 수 있으므로, 순환 유로(410)가 유체 탱크(510) 및 펌프(520)와 착탈 가능하도록 배치될 수 있다.
통상의 퀵 드롭 방식의 배터리 팩(10)은 전체가 교환되는 방식이므로 순환식 냉각 방식의 적용에 한계가 있을 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 순환 유로(410)가 커버(300)에 장착되고, 순환 유로(410)가 받침대(200)에 설치되는 유체 탱크(510) 및 펌프(520)와 착탈 가능하도록 연결되므로, 퀵 드롭 방식의 배터리 팩(10)에서도 순환식 냉각 방식이 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 냉각 유체는 시간이 지남에 따라 그 특성이 열화되거나, 그 량이 부족하게 될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 전기 충전소와 같은 특정 장소에서 커버(300)가 분리되고, 용이하게 냉각 유체를 교환하거나 보충할 수 있게 된다. 따라서, 배터리 팩(10)의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100); 받침대(200); 및 커버(300)를 구비한다.
배터리 모듈(100)은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함한다. 받침대(200)는 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(100)을 일면에서 지지한다. 커버(300)는 상기 받침대(200)와 결합되어 내부에 상기 배터리 모듈(100)을 수납한다. 커버(300)에는 냉각 유체가 순환하는 순환 유로(410)가 형성될 수 있다.
받침대(200)는 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(100)을 하면에서 지지할 수 있다. 즉, 받침대(200) 위에 배터리 모듈(100)이 상하 및/또는 옆으로 적층될 수 있다. 받침대(200) 내부에는 배터리 모듈(100)의 열을 식히기 위한 별도의 온도 조절 시스템(Thermal Management System, TMS)이 설치될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 순환 유로(410)에 의한 순환 냉각 방식으로 내부의 열을 외부로 방출하고, 별도의 온도 조절 시스템이 생략될 수 있다.
커버(300)는 받침대(200)와 결합되어 내부에 배터리 모듈(100)을 수납할 수 있다. 따라서, 커버(300)는 배터리 모듈(100)을 외부로부터 보호할 수 있다.
열은 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110)에서 주로 발생하고, 순환 유로(410)를 통하여 흐르는 냉각 유체가 배터리 셀들(110)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 순환 유로(410)는 커버(300)의 내면 또는 외면에 접촉되도록 설치될 수 있다. 이때, 순환 유로(410)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 커버(300, 300')의 내면에 커버(300, 300')와 접촉되도록 설치될 수 있다.
이때, 커버(300)가 이중 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 커버(300)는 제1 커버 예를 들어 외부 커버(310)와 제2 커버 예를 들어 내부 커버(320)를 구비할 수 있다. 외부 커버(310)는 외부로 노출되는 커버이고, 내부 커버(320)는 외부 커버(310)의 내면에 외부 커버(310)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 순환 유로(410)는 배터리 셀들(도 5의 110)이 배치되는 배터리 영역(100a)을 외부에서 둘러싸도록 배치될 수 있다.
순환 유로(410)는 외부 커버(310)와 내부 커버(320) 사이의 이격된 공간이 될 수 있다. 순환 유로(410)는 외부 커버(310)와 내부 커버(320) 사이의 이격된 공간에 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 순환 유로(410)는 배터리 팩(10)의 내부 공간과의 접촉 면적을 넓힐 수 있도록 굴곡되어 구부러지는 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 순환 유로(410)가 배터리 팩(10)의 내부 공간과 접촉되는 면적이 넓어지면, 순환 유로(410)를 통하여 흐르는 냉각 유체가 더 많은 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 순환 유로(410)를 통하여 흐르는 냉각 유체에 의한 배터리 팩(10)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 순환 유로(410)를 통하여 흐르면서 배터리 팩(10) 내부의 열을 흡수하는 냉각 유체는 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함하여 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 냉각 유체는 순환 유로(410)를 통하여 흐를 수 있는 것으로, 상변환 물질(Phase Change Material, PCM)을 포함하는 다양한 다른 물질을 포함할 수 있다.
한편, 냉각 유체는 유체 탱크(510)에 수납되고, 유체 탱크(510)의 냉각 유체는 펌프(520)를 통하여 순환 유로(410)에 공급될 수 있다. 또한, 유체 탱크(510)와 펌프(520)는 연결 파이프(530)를 통하여 연결될 수 있다. 이 경우, 유체 탱크(510)의 냉각 유체가 연결 파이프(530)를 통하여 펌프(520)로 공급되고, 냉각 유체가 펌프(520)를 통하여 순환 유로(410)로 공급될 수 있다.
유체 탱크(510)는 커버(300)의 분리 시에 순환 유로(410)와 분리될 수 있도록, 순환 유로(410)의 일 단과 착탈 가능하도록 연결될 수 있다. 또한, 펌프(520)는 커버(300)의 분리 시에 순환 유로(410)와 분리될 수 있도록, 순환 유로(410)의 다른 일단과 착탈 가능하도록 연결될 수 있다.
유체 탱크(510)와 펌프(520)는 도 3에 도시된 바와 같이 받침대(200)의 내부에 수납될 수 있다. 이때, 받침대(200)에는 커버(300)가 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 유체 탱크(510)와 펌프(520)는 받침대(200)에 고정식으로 설치되고, 커버(300)가 받침대(200)로부터 분리될 때, 유체 탱크(510)와 펌프(520)는 커버(300)에 배치되는 순환 유로(410)와 분리될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 순환 유로는 순환 유로가 커버(300')의 내측 면에 굴곡지도록 구부러지게 배치되는 순환 파이프(410')가 될 수 있다. 이 경우, 커버(300')가 이중 구조로 형성될 필요가 없으므로, 커버(300')를 더욱 용이하게 제작할 수 있다.
도 4에는 도 1의 배터리 팩(10)의 내부에 장착되는 것으로, 복수 개의 배터리 셀들(110)이 적층되어 형성되는 배터리 모듈(100)의 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀들(110)이 제1방향 예를 들어 X 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100)이 제2 방향 예를 들어 Z 방향 및/또는 제3 방향 예를 들어 Y 방향으로 적층되어 형성될 수 있다.
도면을 참조하면, 배터리 모듈(100)은 적어도 하나 이상 예를 들어 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀(110)을 포함한다. 배터리 모듈(100)은 배터리 셀들(110), 상부 프레임(120), 하부 프레임(130), 측면 프레임(140), 및 엔드 플레이트(150)를 구비할 수 있다.
배터리 셀들(110)은 제1 방향 예를 들어 X 방향으로 적층될 수 있다. 상부 프레임(120)은 적층되는 배터리 셀들(110)을 일면 예를 들어 상부에서 지지할 수 있다. 하부 프레임(130)은 적층되는 배터리 셀들(110)을 일면 예를 들어 하부에서 지지할 수 있다. 측면 프레임(140)은 적층되는 배터리 셀들(110)을 측면에서 지지할 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 적층되는 배터리 셀들(110)을 양끝에서 지지할 수 있다.
복수개의 단위 배터리 셀(110)들이 제1 방향으로 적층되어 배터리 모듈(100)이 형성될 수 있다. 상부 프레임(120)은 제1 방향으로 적층되는 단위 배터리 셀들(110) 위에 배치되어, 적층되는 단위 배터리 셀들(110)을 제2 방향에서 지지할 수 있다. 하부 프레임(130)은 제1 방향으로 적층되는 단위 배터리 셀들(110) 아래에 배치되어, 적층되는 단위 배터리 셀들(110)을 하부에서 지지할 수 있다.
측면 프레임(140)은 제1 방향으로 적층되는 단위 배터리 셀들(110)의 측면에 배치되어, 적층되는 단위 배터리 셀들(110)을 측면에서 지지할 수 있다. 한 쌍의 엔드 플레이트(150)는 각각 제1 방향으로 적층되는 단위 배터리 셀들(110)의 양 끝단에 배치되어, 적층되는 단위 배터리 셀들(110)을 양끝에서 지지할 수 있다.
여기서, 제1 방향은 도면에서 X 방향이 될 수 있으며, 제2 방향은 도면에서 Z 방향이 될 수 있다. 이때, 배터리 팩(10)이 수평으로 배치되는 경우에 X 방향은 수평 방향이 되고, Z 방향은 수직 방향이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 배터리 팩(10)의 배치 위치에 따라 다르게 해석될 수 있다.
배터리 셀(110)은 복수개가 수평 방향으로 적층되어 배터리 모듈(100)을 형성할 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 통상의 각형 배터리 셀이 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 원형 배터리 셀 또는 파우치형 배터리 셀을 포함한 다양한 형상의 배터리 셀이 적용될 수 있다.
배터리 셀(110)은 통상의 이차 전지가 적용될 수 있다. 이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비할 수 있다. 전해액은 리튬 이온을 포함할 수 있다. 전극 조립체의 양극판과 음극판은 각각 외부로 인출되기 위하여 집전부와 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 조립체는 케이스(111)의 내부에 수납되고, 케이스(111)의 외부로는 전극 단자(112)가 노출될 수 있다. 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결되는 집전부는 전극 단자(112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 케이스(111)는 원통형 또는 각형이 될 수 있다. 단위 배터리 셀(110)은 하나의 케이스(111) 내부에 복수개의 전극 조립체를 포함할 수 있다.
복수개의 단위 배터리 셀(110)이 수평으로 적층되어 배터리 모듈(100)이 형성될 수 있다. 전지 모듈(100)에서 이웃하여 적층되는 이차 전지들은 전극 단자들(112)이 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 이때, 이웃하는 배터리 셀(110)들의 전극 단자들(112)이 버스 바(116)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
인접하는 배터리 셀들(110)은 전극이 교대로 양극과 음극이 서로 엇갈리도록 배열될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(110)은 병렬로 연결되거나, 직렬로 연결되거나, 직렬 및 병렬이 혼합되어 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 셀들(110)은 연속적으로 연결되어서, 하나의 배터리 모듈(100)을 형성할 수 있다. 상기 적층되는 배터리 셀들(110)의 연결 구조 및 개수는 설계 시 요구되는 충전 및 방전 용량을 고려하여 정해질 수 있다.
케이스(111)의 개구부에는 캡 플레이트(113)가 결합될 수 있다. 캡 플레이트(113)는 얇은 판으로 이루어질 수 있다. 캡 플레이트(113)에는 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성될 수 있다. 전해액 주입구는 전해액이 주입된 후에 밀봉마개(114)로 밀봉될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(113)에는 설정된 내부 압력에 따른 파단될 수 있도록 홈이 형성된 벤트 부재(115)가 형성될 수 있다. 복수개의 단위 배터리 셀들(110)이 수평으로 적층된 위에 상부 프레임(120)이 배치되는 경우에, 벤트 부재(115) 위에는 상부 프레임(120)의 배기구(121)가 위치될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(110)은 상술한 바와 같이 리튬-이온 전지가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 배터리 셀(110)로 리튬-이온 이차전지 이외에도 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬 전지를 포함한 다양한 종류의 전지가 적용될 수 있다.
한편, 리튬을 포함하는 각각의 단위 배터리 셀(110)은 충방전 시에 전극 조립체가 팽창 또는 수축하게 된다. 이때, 전극 조립체가 팽창과 수축되는 경우에 케이스(111)에 물리력으로 작용할 수 있다. 그에 따라, 케이스(111)는 전극 조립체의 변화에 상응하는 물리적 팽창과 수축을 하게 된다.
케이스(111)의 변형이 반복되는 팽창과 수축에 의하여 고착화될 수도 있다. 이와 같은 부피의 팽창은 저항을 증가시켜 배터리 셀(110)의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 부피 팽창으로 인한 효율 저하를 방지하기 위하여, 엔드 플레이트(150)가 적층되는 배터리 셀들(110)의 양 끝단에서 배터리 셀들(110)을 지지할 수 있다. 그에 따라, 적층되는 배터리 셀들(110)에는 소정의 압력이 작용할 수 있다.
또한, 배터리 셀(110)은 충방전 동작에 의하여 열이 발생할 수 있으며, 발생한 열로 인하여 배터리 성능 및 수명이 나빠질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 순환 유로(410) 또는 순환 파이프(410')를 통하여 흐르는 냉각 유체에 의하여 내부의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다.
엔드 플레이트(150)는 수평 및/또는 수직 방향으로 배열하여 상호 간에 전기적으로 연결된 복수 개의 배터리 셀(110)의 양 끝단에 한 쌍으로 배치될 수 있다. 또한, 상부 프레임(120), 하부 프레임(130), 측면 프레임(140)은 각각 엔드 플레이트(150)의 상하면 또는 측면에 지지되어 복수 개의 배터리 셀(110)이 팽창과 수축에 의해서 수평방향으로 더 연장되지 않도록 압축 고정할 수 있다.
엔드 플레이트(150)는 배터리 모듈(100)의 양 끝단에 각각 설치될 수 있다. 한 쌍의 엔드 플레이트(150)는 각각 일면이 배터리 모듈(100)의 최외곽 양쪽에 배치된 전지 셀(110)의 외면에 각각 밀착되어 적층되는 배터리 셀들(110)을 지지한다.
엔드 플레이트(150)는 베이스 플레이트(151)와 플렌지부(152, 153, 154)를 구비할 수 있다. 상기 베이스 플레이트(151)는 상기 전지 셀(110)의 외형을 커버할 수 있는 크기를 가진다. 본 실시예에서는 베이스 플레이트(151)는 대략 사각형이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 플렌지부(152, 153, 154)는 베이스 플레이트(151)로부터 전지 셀(110)과 접촉되는 면의 반대 방향으로 벤딩되어 형성될 수 있다.
플렌지부(152, 153, 154)는 상면 플렌지부(152), 하면 플렌지부(153), 및 측면 플렌지부(154)를 구비할 수 있다. 상면 플렌지부(152)는 상부 프레임(120)과 체결된다. 하면 플렌지부(153)는 하부 프레임(130)과 체결된다. 측면 플렌지부들(152)은 각각 대응되는 측면 프레임(140)과 체결된다.
한편, 배터리 모듈(100)은 상하 및/또는 옆으로 적층되어 배터리 팩(10)을 형성할 수 있다. 이때, 인접하여 적층되는 배터리 모듈들(100)은 엔드 플레이트들(140)끼리 체결되어 서로 지지될 수 있다.
이 경우, 상면 플렌지부(152)는 위에 적층되는 배터리 모듈(100)의 하면 플렌지부(153)와 체결될 수 있다. 하면 플렌지부(153)는 아래에 적층되는 배터리 모듈(100)의 상면 플렌지부(152)와 체결될 수 있다. 측면 플렌지부(154)는 인접하는 배터리 모듈(100)의 측면 플렌지부(154)와 체결될 수 있다.
이때, 상면 플렌지부(152), 하면 플렌지부(153), 및 측면 플렌지부(154) 각각에는 상부 프레임(120), 하부 프레임(130), 및 측면 프레임(140)과 볼트와 너트에 의한 나사결합으로 체결될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 용접 등의 방법을 포함한 다양한 방법에 의하여 체결될 수 있다.
상부 프레임(120)은 수평 방향으로 적층되는 복수 개의 전지 셀(110) 상부에 배치되며, 엔드 플레이트(150)의 상면의 상면 플렌지부(152)에 체결될 수 있다. 이때, 상부 프레임(120)에는 전지 셀(110)의 벤트 부재(115)에 대응하는 위치를 관통하여 배기구(121)가 형성된다.
상부 프레임(120)은 길이방향 양쪽으로 벤딩되는 상부 프레임 절곡부(122)를 가질 수 있다. 상부 프레임 절곡부(122)의 안쪽에는 밀봉부재(123)를 구비한다. 이때, 밀봉부재(123)는 고무 등의 탄성 부재로 형성될 수 있다. 이때, 상부 프레임(120)은 상부에 적층되는 배터리 모듈들(100)의 하부 프레임(120)과 밀봉부재(123)가 개재되어 결합되어, 밀봉된 가스 배출 통로를 형성할 수 있다.
벤트 부재(115)를 통하여 가스 발생 시에 가스가 인접한 이차전지(10)에 영향을 주지 않고 상부 프레임(20)의 배기구(121)를 통하여 유출되도록, 상부 프레임(120)과 벤트 부재(115)사이에는 밀봉링(117)이 구비될 수 있다.
이때, 밀봉링(117)으로는 예를 들어 O링 등이 사용될 수 있다. 이때, 엔드 플레이트(150)의 상부 중앙에는 상부 프레임(120)을 안착시킬 수 있도록 홈(152a)이 형성된다. 따라서, 상부 프레임(120)의 배기구(121)를 전지 셀(110)에 밀착시킬 수 있다.
또한, 전지 셀(110)과 상부 프레임(120)사이의 밀봉링(117)이 충분한 두께를 갖도록 할 수 있다. 그에 따라, 상부 프레임(120)이 엔드 플레이트(150)에 결합 시에 상부 프레임(120)이 전지 셀(110)의 상부에 압력을 발생시켜 그 사이에 개재된 밀봉링(117)을 압축하여 상부 프레임(120)과 전지 셀(110)이 밀착되도록 할 수 있다.
하부 프레임(130)은 복수 개의 전지 셀들(110)의 하중을 지지하도록 전지 셀들(110)의 하부에 배치되며, 엔드 플레이트(150)의 하부의 하면 플렌지부(152)에 연결된다. 전지 셀들(110)의 하중을 견디기 위하여 하부 프레임(130)은 전지 셀들(110)을 지지하는 면의 반대 방향으로 벤딩되어 형성되는 하부 프레임 절곡부(132)를 구비할 수 있다.
하부 프레임 절곡부(132)는 하부를 향해 오픈된 구조를 가질 수 있다. 또한, 하부 프레임 절곡부(132)는 하부에 적층되는 배터리 모듈(100)의 상부 프레임(120)과 결합되어 가스 통로를 형성할 수 있다. 이때, 상하로 적층되는 배터리 모듈(100)의 하부 프레임(130)과 상부 프레임(120)이 결합되어 형성되는 가스 통로는 가스 발생 시에 가스를 배출하는 덕트 역할을 할 수 있다.
이때, 하부 프레임(130)과 그 아래 적층되는 배터리 모듈(100)의 상부 프레임(120)은 밀봉한 상태에서 가스를 배출시킬 수도 있고, 완전한 밀봉은 아니지만 가스 배출을 유도하는 통로역할을 할 수도 있다. 전지 셀(110)에서 가스가 발생하는 경우는 폭발 또는 그에 준하는 급격한 화학반응을 동반하므로, 발생되는 가스의 양이 짧은 시간에 폭발적으로 발생하게 된다. 따라서, 배터리 팩에 가스 배출을 위한 덕트를 형성하게 되면 가스를 용이하게 배출할 수 있게 된다.
측면 프레임(140)은 적층되는 단위 전지 셀들(110)을 측면에서 지지하도록 적층된 단위 전지 셀들(110)의 측면에 배치될 수 있다. 측면 프레임(140)은 일단의 엔드 플레이트(140)로부터 다른 일단의 엔드 플레이트(140)를 향하여 일정한 폭으로 연장되어 형성될 수 있다.
측면 프레임(140)에는 적어도 하나 이상의 관통홀(141)이 형성되어, 측면 프레임(140)의 하중을 줄일 수 있다. 또한, 측면 프레임(140)은 전지 셀들(110)을 지지하는 면의 반대 방향으로 벤딩되어 형성되는 측면 프레임 절곡부(142)를 구비할 수 있다. 측면 프레임 절곡부(142)에 의하여 측면 프레임(140)의 벤딩에 대한 강도를 보강할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예로서, 내부에 제1 유로 예를 들어 온돌 유로(620)가 형성되는 지지 프레임(600)을 구비하는 배터리 팩(20)의 일 단면이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 배터리 팩(20)은 배터리 모듈(100'); 받침대(700); 및 커버(800)를 구비한다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(20)은 도 2의 배터리 팩(10)에 대하여 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(600)의 양면에 지지되고, 지지 프레임(600)의 내부에는 제1 유로 예를 들어 온돌 유로(620)가 배치된다. 배터리 팩(20)에 대하여 도 2의 배터리 팩(10)과 동일한 구성 요소에 대해서는 이를 참조하고 자세한 설명은 생략한다.
여기서, 온돌 유로(620) 내부에는 냉각 유체가 순환하면서, 배터리 셀들(110)에서 발생하는 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 따라서, 온돌 유로(620)에 의하여 배터리 셀들(110)에서 발생하는 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
배터리 모듈(100')은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함한다. 받침대(700)는 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(100')을 일면에서 지지한다. 커버(800)는 상기 받침대(700)와 결합되어 내부에 상기 배터리 모듈(100')을 수납한다.
커버(800)에는 냉각 유체가 순환하는 제2 유로 예를 들어 순환 유로(610)가 형성될 수 있다. 이때, 순환 유로(610)는 온돌 유로(620)와 서로 연결되어 하나의 펌프(920)에 의하여 냉각 유체가 순환 유로(610)와 온돌 유로(620)를 순환되도록 할 수 있다.
이때, 커버(800)는 이중 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 커버(800)는 제1 커버 예를 들어 외부 커버(810)와 제2 커버 예를 들어 내부 커버(820)를 구비할 수 있다. 순환 유로(610)는 외부 커버(810)와 내부 커버(820) 사이의 이격된 공간이 될 수 있다. 순환 유로(610)는 외부 커버(810)와 내부 커버(820) 사이의 이격된 공간에 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 순환 유로(610)는 배터리 팩(20)의 내부 공간과의 접촉 면적을 넓힐 수 있도록 굴곡되어 구부러지는 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 순환 유로(610)를 통하여 흐르면서 배터리 팩(20) 내부의 열을 흡수하는 냉각 유체는 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함하여 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 냉각 유체는 순환 유로(610)를 통하여 흐를 수 있는 것으로, 상변환 물질(Phase Change Material, PCM)을 포함하는 다양한 다른 물질을 포함할 수 있다.
한편, 냉각 유체는 유체 탱크(910)에 수납되고, 유체 탱크(910)의 냉각 유체는 펌프(920)를 통하여 순환 유로(610)에 공급될 수 있다. 또한, 유체 탱크(910)와 펌프(920)는 연결 파이프(930)를 통하여 연결될 수 있다. 유체 탱크(910)와 펌프(920)는 받침대(700)의 내부에 수납될 수 있다. 이때, 받침대(700)에는 커버(800)가 분리 가능하도록 결합될 수 있다.
배터리 팩(20)은 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(600)의 양면에 지지될 수 있다. 이때, 지지 프레임(600)의 내부에는 온돌 유로(620)가 형성될 수 있다. 온돌 유로(620) 내부에는 냉각 유체가 순환하면서, 배터리 셀들(110)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.
이때, 순환 유로(610)는 온돌 유로(620)와 서로 연결되어 하나의 순환 루프를 형성할 수 있다. 따라서, 순환 유로(610)와 온돌 유로(620)에는 하나의 유체 탱크(910) 및 펌프(920)에 의하여 냉각 유체가 순환될 수 있다. 따라서, 냉각 유체가 순환 유로(610)와 온돌 유로(620)를 순환하면서 배터리 팩(20) 내부의 열을 흡수하므로, 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7에는 각각 내부에 온돌 유로(620)가 배치되는 복수개의 지지 프레임(600)을 포함하는 배터리 팩의 실시예에서, 분배기(940)와 순환 유로(610) 및 온돌 유로(620)의 연결 구조가 도시되어 있다.
배터리 팩(20)에는 지지 프레임(600)이 복수 개 구비될 수 있다. 이때, 각각의 지지 프레임(600)에는 온돌 유로(620)가 배치되고, 하나 또는 그 이상의 펌프(920)에 의하여 복수 개의 온돌 유로(620)에 냉각 유체가 공급될 수 있다.
이를 위하여, 배터리 팩(20)에는 분배기(940)가 구비될 수 있다. 분배기(940)는 상기 온돌 유로들(620) 및/또는 순환 유로(610)와 펌프(930)와 연결될 수 있다. 분배기(940)는 별도의 연결 파이프(950)에 의하여 펌프(920)와 연결될 수 있다.
분배기(940)는 복수 개의 온돌 유로(620) 및/또는 순환 유로(610)가 연결되고, 펌프(920)를 통하여 냉각 유체를 공급받고, 분배기(940)를 통하여 각각의 온돌 유로(620)에 냉각 유체를 분배하여 공급할 수 있다.
도 8에는 도 1의 배터리 팩(10)이 전기 자동차(1)에 적용된 실시예가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 배터리 팩(10)은 단위 전지 셀(110)을 수평 방향으로 배열하여 배터리 모듈(100)을 형성하고, 배터리 모듈(100)을 두 개의 열로 네 층으로 쌓아, 2×4개 총 여덟 개의 배터리 모듈(100)을 결합하여 형성될 수 있다.
이때, 각각의 배터리 모듈(100)은 하부 프레임(130)과 그 아래 위치한 배터리 모듈(100)의 상부 프레임(120)이 서로 정합되어 상기 가스를 배출하는 각각의 가스 배출용 덕트를 형성할 수 있다.
배터리 팩(10)은 전기 자동차(1)의 차체(30) 내부의 정해진 공간에 적재될 수 있다. 전지 셀(110)을 구비한 배터리 팩(10)이 폭발 또는 다른 이유에 의해 가스가 발생할 수 있다. 이 경우, 유독가스는 짧은 시간에 폭발적으로 발생하게 된다. 이때 발생하는 유독가스가 사람 등이 사용하는 승합 공간 내에 유입되면 인체에 유해한 영향을 미친다.
여기서, 배터리 팩(10)을 밀봉 케이스 내부에 수용하여 밀봉하고, 밀봉 케이스가 외부 덕트를 통하여 외부로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)에 외부 덕트를 연결하여 배기 가스를 전기 자동차 외부로 배출시킬 수 있다.
배터리 팩(10)은 그 자체를 자동차로부터 분리 가능한 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 차체(30) 내부에 장착될 수 있다. 배터리 팩(10)에서는, 냉각 유체를 공급하여 순환 유로(410)를 통하여 내부를 순환시켜 열을 흡수한 후에 외부로 다시 배출한 후에 외부에서 냉각시킴으로써, 배터리 팩(10)의 내부를 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체 순환에 의하여 내부의 열을 외부로 배출함으로써, 배터리 팩의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 팩, 100: 배터리 모듈,
200: 받침대, 300: 커버,
410: 순환 유로, 510: 유체 탱크,
520: 펌프, 940: 분배기.

Claims (21)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및
    내부에 상기 배터리 모듈을 수납하고, 냉각 유체가 순환하는 순환 유로가 배치되는 커버;를 구비하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버가,
    외부로 노출되는 제1 커버와
    상기 제1 커버 내면에 상기 제1 커버와 이격되어 배치되는 제2 커버를 구비하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 순환 유로가 상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치되는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환 유로가 상기 커버의 내측 면에 접촉되도록 배치되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 순환 유로가 상기 커버의 내측 면에 굴곡지도록 배치되는 순환 파이프인 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 순환 유로의 일 단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 냉각 유체가 수납되는 유체 탱크; 및
    상기 순환 유로의 다른 일단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 유체 탱크의 상기 냉각 유체를 상기 순환 유로로 공급하는 펌프;를 더 구비하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비하고, 상기 받침대에 상기 유체 탱크 및 상기 펌프가 수납되는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유체가 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈이 상기 배터리 셀이 제1방향으로 적층되어 형성되고,
    상기 배터리 모듈이 제2 방향과 제3 방향 중의 적어도 어느 하나의 방향으로 적층되어 형성되는 배터리 팩.
  11. 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
    적어도 일 면에 상기 배터리 모듈이 배치되고, 내부에 냉각 유체가 순환하는 제1 유로가 배치되는 지지 프레임; 및
    내부에 상기 배터리 모듈을 수납하고, 냉각 유체가 순환하는 제2 유로가 배치되는 커버;를 구비하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 서로 연결되는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 커버가,
    외부로 노출되는 제1 커버와
    상기 제1 커버 내면에 상기 제1 커버와 이격되어 배치되는 제2 커버를 구비하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 유로가 상기 제1 커버와 상기 제2 커버 사이에 배치되는 배터리 팩.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 유로가 상기 커버의 내측 면에 접촉되도록 배치되는 배터리 팩.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 유로가 상기 커버의 내측 면에 굴곡지도록 배치되는 순환 파이프인 배터리 팩.
  17. 제11항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비하는 배터리 팩.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제2 유로의 일 단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 냉각 유체가 수납되는 유체 탱크; 및
    상기 제2 유로의 다른 일단과 착탈 가능하도록 연결되고, 상기 유체 탱크의 상기 냉각 유체를 상기 제2 유로로 공급하는 펌프;를 더 구비하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 일면에서 지지하는 받침대를 더 구비하고, 상기 받침대에 상기 유체 탱크 및 상기 펌프가 수납되는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 지지 프레임이 복수개 구비되고,
    각각의 상기 지지 프레임의 제1 유로들과 상기 제2 유로와 연결되고, 상기 펌프와 연결되어 상기 제1 유로들 및 상기 제2 유로에 상기 냉각 유체를 분배하여 공급하는 분배기를 더 구비하는 배터리 팩.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 유체가 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함하는 배터리 팩.
KR1020100009158A 2010-02-01 2010-02-01 배터리 팩 KR101097226B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100009158A KR101097226B1 (ko) 2010-02-01 2010-02-01 배터리 팩
US12/801,737 US8852779B2 (en) 2010-02-01 2010-06-23 Battery pack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100009158A KR101097226B1 (ko) 2010-02-01 2010-02-01 배터리 팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110089661A true KR20110089661A (ko) 2011-08-09
KR101097226B1 KR101097226B1 (ko) 2011-12-21

Family

ID=44341958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100009158A KR101097226B1 (ko) 2010-02-01 2010-02-01 배터리 팩

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8852779B2 (ko)
KR (1) KR101097226B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9088057B2 (en) 2012-03-14 2015-07-21 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery charging system and method of thereof
WO2018080010A1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-03 주식회사 엘지화학 배터리의 엣지 면에 직접 냉각 방식이 적용된 배터리 팩
JP2019525402A (ja) * 2017-01-05 2019-09-05 エルジー・ケム・リミテッド 相変化物質（ｐｃｍ）カプセルを適用したバッテリー冷却用のヒート・シンク

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101431717B1 (ko) * 2012-02-06 2014-08-26 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 버스 바
US10658717B2 (en) 2014-09-30 2020-05-19 Cps Technology Holdings Llc Battery module active thermal management features and positioning
US10720683B2 (en) 2014-09-30 2020-07-21 Cps Technology Holdings Llc Battery module thermal management features for internal flow
US9825343B2 (en) 2014-09-30 2017-11-21 Johnson Controls Technology Company Battery module passive thermal management features and positioning
KR101983639B1 (ko) * 2015-09-18 2019-05-29 주식회사 엘지화학 전지팩
WO2017048020A1 (ko) * 2015-09-18 2017-03-23 주식회사 엘지화학 전지팩
US10164303B2 (en) * 2015-10-14 2018-12-25 Ford Global Technologies, Llc Traction battery thermal management systems and methods
CN105552476B (zh) * 2016-03-07 2018-11-09 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池包热管理系统
DE102017208889A1 (de) * 2017-05-24 2018-11-29 Thyssenkrupp Ag Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit
CN108583328A (zh) * 2017-08-06 2018-09-28 温州睿楚科技有限公司 一种电动汽车充电桩
CN109818101B (zh) * 2017-11-20 2022-03-29 明创能源股份有限公司 独立大电能电动设备用的热管理系统
CN108091960B (zh) * 2017-12-07 2024-02-09 珠海格力精密模具有限公司 一种电池箱的风道结构及电池箱
KR101889099B1 (ko) * 2018-01-27 2018-08-16 이현상 초절전 자연공조 방식의 에너지 저장장치
CN110112765A (zh) * 2019-06-13 2019-08-09 广东电网有限责任公司 一种家庭智能错峰用电控制系统及超级电容电池组
FR3098457B1 (fr) 2019-07-08 2021-09-17 Renault Sas Véhicule utilitaire électrique ou hybride
KR20230026041A (ko) * 2021-08-17 2023-02-24 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460900A (en) * 1994-08-08 1995-10-24 Gnb Battery Technologies Inc. Lead-acid battery having a fluid compartment for reducing convection-induced heat transfer
US20020028375A1 (en) * 1995-11-22 2002-03-07 Nobuyasu Morishita Battery system
FR2768557A1 (fr) * 1997-09-15 1999-03-19 Alsthom Cge Alcatel Batterie monobloc munie d'un dispositif de gestion thermique
DE102004005394A1 (de) * 2004-02-04 2005-08-25 Daimlerchrysler Ag Elektrochemischer Energiespeicher
FR2883665B1 (fr) 2005-03-25 2007-06-15 Valeo Equip Electr Moteur Dispositif d'alimentation electrique pour vehicule automobile
US8336607B2 (en) 2005-09-13 2012-12-25 Valeo Equipements Electriques Moteur Compact electric power supply device for a motor vehicle
JP4963902B2 (ja) 2006-08-31 2012-06-27 三洋電機株式会社 電源装置
JP5078463B2 (ja) 2007-06-29 2012-11-21 三洋電機株式会社 車両用の電源装置
US8409743B2 (en) 2007-11-28 2013-04-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery system with battery cells arranged in array alignment
JP5183172B2 (ja) 2007-11-28 2013-04-17 三洋電機株式会社 バッテリシステム
KR100931272B1 (ko) * 2009-03-24 2009-12-11 주식회사 성지공조기술 모듈형 냉각탑

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9088057B2 (en) 2012-03-14 2015-07-21 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery charging system and method of thereof
WO2018080010A1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-03 주식회사 엘지화학 배터리의 엣지 면에 직접 냉각 방식이 적용된 배터리 팩
KR20180047383A (ko) * 2016-10-31 2018-05-10 주식회사 엘지화학 배터리의 엣지 면에 직접 냉각 방식이 적용된 배터리 팩
US10665910B2 (en) 2016-10-31 2020-05-26 Lg Chem, Ltd. Battery pack using direct cooling method on edge surface of battery
JP2019525402A (ja) * 2017-01-05 2019-09-05 エルジー・ケム・リミテッド 相変化物質（ｐｃｍ）カプセルを適用したバッテリー冷却用のヒート・シンク
US11024897B2 (en) 2017-01-05 2021-06-01 Lg Chem, Ltd. Battery-cooling heat sink provided with PCM capsule

Also Published As

Publication number Publication date
KR101097226B1 (ko) 2011-12-21
US20110189522A1 (en) 2011-08-04
US8852779B2 (en) 2014-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101097226B1 (ko) 배터리 팩
KR101058102B1 (ko) 배터리 팩
KR101097225B1 (ko) 배터리 팩
US11949084B2 (en) Battery pack comprising frame profile having integral refrigerant circuit member
EP2337112B1 (en) Battery pack and vehicle including the battery pack
US10361469B2 (en) Battery module having water-cooled type cooling structure
US9023503B2 (en) Battery module with cooling structure of high efficiency
US9178253B2 (en) Battery pack having novel cooling structure
US20160190663A1 (en) Busbars with integrated cooling system for vehicle battery assemblies
KR101615941B1 (ko) 냉매 및 배기 가스의 혼합을 방지하는 구조를 포함하는 전지모듈
US20130130076A1 (en) Battery pack having novel structure
KR20110080537A (ko) 냉각 효율성이 향상된 중대형 전지팩
US11721856B2 (en) Battery pack for a vehicle
KR20200044580A (ko) 배터리의 대형 모듈
KR102061292B1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102202417B1 (ko) 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩
KR20160068446A (ko) 배터리 모듈 및 그를 구비하는 배터리 팩
KR101908441B1 (ko) 이차전지모듈
KR101262033B1 (ko) 냉각 설계 신뢰성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈
KR101760404B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
EP3637537B1 (en) Bypass tube for a cooling circuit of a vehicle battery pack
KR20140043518A (ko) 우수한 냉각 효율성의 전지팩
KR20130120261A (ko) 전지팩 어셈블리
CN220106716U (zh) 一种固态电池及其冷却装置、汽车
EP3637536B1 (en) Coupling member for a battery pack of a vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141118

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151123

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161115

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171121

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181119

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191203

Year of fee payment: 9