KR20120100712A - 냉각팬을 구비하는 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 장치는 전극단자의 상부에 설치된 냉각팬을 이용하여 배터리 팩을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 배터리 팩의 전극단자가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 배터리 팩의 전압과 온도를 측정하기 위한 PCB와 BMS 모듈이 전극단자와 근접한 곳에 위치하기 때문에 전극단자와 PCB의 연결 및 PCB와 BMS 모듈의 연결이 간편하고, 배터리 팩의 이상 팽창 여부를 측정할 수 있다는 장점이 있다.

Description

냉각팬을 구비하는 배터리 장치{Battery apparatus having cooling fan}
본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전극단자의 상부에 설치된 냉각팬을 이용하여 배터리 팩을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 배터리 팩의 전극단자가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 배터리 팩의 전압과 온도를 측정하기 위한 PCB와 BMS 모듈이 전극단자와 근접한 곳에 위치하기 때에 전극단자와 PCB의 연결 및 PCB와 BMS 모듈의 연결이 간편하고, 배터리 팩의 팽창정도를 측정할 수 있는, 냉각팬을 구비하는 배터리 장치에 관한 것이다.
최근, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조 비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다. 그리고, 고출력 대용량을 필요로 하는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차(이하, '전기 자동차'라고 함)의 전원으로 파우치형 전지의 개발 및 상용화가 이루어지고 있다.
상기 파우치형 전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로서, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전해액과, 전극 조립체와 전해액을 밀봉하여 수납하는 외장재(이하, '파우치'라 한다)와, 양극판 및 음극판과 각각 연결되고 파우치의 외부로 연장된 양극 전극단자와 음극 전극단자를 포함한다. 이때, 파우치는 전극 조립체를 감싸 밀봉시킴에 따라 그 테두리에 실링부가 형성된다. 상기 실링부는 전지의 부피를 감소시키기 위하여 접어서 커팅되거나 테이핑된다.
이러한 파우치형 2차 전지는 전기 자동차의 전원 등으로 사용될 경우, 수 개에서 수십 개가 연결되어 사용되고 있다. 이때, 복수 개의 전지가 연결된 전지 조립체는 부피를 최소화하고 조립을 용이하게 하기 위하여 전지를 복수 개 적층하거나 복수의 단일 전지를 한 번에 연결하여 체결한다.
그런데, 이러한 2차 전지에서는 많은 열이 발생하고, 상기 열은 전지의 수명을 단축시키는 등 여러 가지 문제를 발생시킨다. 따라서, 2차 전지에서 발생되는 열을 효과적으로 처리하기 위해 상기 전지 조립체에 팬을 설치하는 방안이 제안된 바 있다.
상기 팬은 전지 조립체의 측방향에 설치되고, 팬으로부터 배출된 공기는 소정 유로를 따라 이동한 후, 전지 조립체를 냉각시킨다. 그런데, 이러한 구성은 팬으로부터 배출된 공기가 상기 유로를 따라 이동된 후 전지 조립체에 도달하기 때문에 그 만큼 손실이 크다는 문제점이 있다. 또한, 2차 전지에서는 전극단자에서 가장 많은 열이 발생하는데, 상기 구성은 전극단자를 냉각시키기에 효과적이지 못하다.
한편, 본 출원인은 전지 조립체를 구성하는 파우치형 전지가 효과적으로 냉각될 수 있는 구성을 제안한 바 있는데, 상기 구성은 대한민국 특허출원 제10-2010-0094637호로 출원된 바 있다.
상기 구성은 평판 형상의 제1 프레임과, 평판 형상을 가지고 제1 프레임과 결합되는 제2 프레임을 구비한다. 파우치의 실링부는 제1,2 프레임 사이에 고정되고, 전극단자는 제1,2 프레임의 외부로 연장된 후, 이웃하는 전지의 전극단자와 서로 연결된다.
그런데, 제1,2 프레임에 의한 실링부의 고정이 충분하지 않으면 파우치는 중력 또는 외부 충격에 의해 임의로 이동된다. 한편, 전극단자는 이웃하는 전극단자와 서로 연결되어 있기 때문에 파우치가 임의로 이동되면 전극단자에 응력이 집중되어 전극단자가 파손될 수 있다.
한편, 상기 조립체에는 BMS 모듈(Battery Management System)이 설치되기도 한다. BMS 모듈은 전지의 과충전이나 과방전, 또는 전지 사용시 온도상승 등에 따른 전지의 발화 및 폭발과 같은 안전사고를 방지하고 전지를 최적 상태로 유지하는 역할을 한다.
이러한 BMS 모듈은 각 전지의 전압 및 온도를 측정하여 전지의 이상 유무를 판단하는데, 각 전지의 전극단자에는 PCB와 온도센서가 전기적으로 연결되고 PCB에서 측정된 각 전극단자의 전압과 온도센서에 의해 측정된 각 전극단자의 온도는 BMS 모듈로 전달된다.
이러한 BMS 모듈은 사용자가 용이하게 관리할 수 있도록 각각의 상기 전지 조립체의 측면에 설치된다. 즉, 상기 전지 조립체가 복층으로 적층되는 경우에 하층 전지 조립체의 전극단자 부분(전지 조립체의 윗면)이 상층 전지 조립체의 아랫면에 접하도록 적층되는데, 사용자가 BMS 모듈의 상태를 쉽게 볼 수 있도록 BMS 모듈은 각 전지 조립체의 측면에 설치된다. 그런데, 상기 측면은 전극단자와 멀리 떨어져 있기 때문에 전선 등으로 PCB 및 온도센서를 BMS 모듈과 서로 연결해야 하고, 이에 따라 전지 조립체의 구성 및 제작공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 2차 전지(배터리팩)를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 배터리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2차 전지(배터리 팩)의 전극단자가 파손되는 것을 방지할 수 있는 배터리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2차 전지(배터리 팩)의 전압과 온도를 측정하기 위한 PCB와 BMS 모듈이 전극단자와 근접한 곳에 위치하기 때문에 전극단자와 PCB의 연결 및 PCB와 BMS 모듈의 연결이 간편한 배터리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 박형 접촉식 센서를 이용하여 전지의 과도한 팽창을 감지하여 충전 또는 방전을 정지시킴으로써 폭발과 발화 사고를 방지할 수 있는 배터리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치는, 복수 개의 배터리 팩이 전기적으로 서로 연결된 배터리 팩 조립체; 및 배터리 팩 조립체를 냉각시키는 냉각팬;을 포함한다. 상기 냉각팬은 배터리 팩의 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 마주보도록 설치되어 냉각팬에 의해 유동(流動)되는 공기가 양극 전극단자 및 음극 전극단자를 냉각시킨다. 상기 냉각팬은 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 근접한 곳에 설치되고, 냉각팬에 의해 유동하는 공기가 유로('배경기술'에서 설명된 유로)를 거치지 않고 직접 배터리 팩에 도달하기 때문에 배터리 팩을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 배터리 팩은 이웃하는 배터리 팩과 소정 간격 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다. 냉각팬에 의해서 유동(流動)되는 공기가 상기 간격을 통하여 이동하면서 배터리 팩을 냉각시킬 수 있다.
상기 배터리 팩의 전지의 측면에는 박형 접촉식 센서가 설치될 수 있다. 이에 따라, 전지가 이상 팽창하는 경우에는 이웃하는 전지에 설치된 박형 접촉식 센서가 서로 접촉하게 되고, 그에 따른 신호가 배선을 통해서 PCB 및 BMS에 순차적으로 전달된다. 즉, 충전과 방전을 거듭하는 동안에 열로 인해서 발생할 수 있는 전지의 팽창량을 상기 박형 전촉식 센서가 측정하고, 상기 센서에 의해 측정된 신호는 PCB 및 BMS에 순차적으로 전달되어 과도한 팽창으로 인한 폭발 및 발화사고를 방지할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 평판 형상의 제1 프레임; 평판 형상을 가지고, 제1 프레임과 결합하는 제2 프레임; 및, 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치된 전지;를 포함할 수 있다. 상기 전지는, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 적층된 전극 조립체; 전해액; 전극 조립체와 전해액을 감싸 밀봉하는 파우치; 및 양극판 및 음극판과 각각 연결되어 파우치의 외부로 돌출된 양극 전극단자와 음극 전극단자;를 포함할 수 있다. 파우치의 테두리에 형성된 실링부가 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치되고, 제1,2 프레임 중에서 적어도 어느 하나의 내측면에는 제1,2 프레임이 결합된 경우에 실링부를 밀착 가압할 수 있도록 패킹부재가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제1 프레임에는 복수 개의 배터리 팩을 결합시키는 결합용 볼트가 삽입되는 관통공이 복수 개가 형성될 수 있고, 복수 개의 관통공 중에서 적어도 하나는 양극 전극단자와 음극 전극단자 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배터리 장치는, 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 마주보도록 설치되고 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 전기적으로 연결된 PCB; PCB의 상부에 설치된 BMS 모듈; 및 양극 전극단자 및 음극 전극단자의 온도를 측정하고, 측정된 상기 온도의 신호를 PCB에 전달하는 온도센서;를 더 포함할 수 있다.
상기 PCB는 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 대응되는 부분은 바깥으로 연장되어 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 연장된 부분의 사이는 요입되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 양극 전극단자 및 음극 전극단자의 상부에는 소정의 수납함 및, 수납함을 밀폐하는 덮개가 설치되고, 수납함에는 BMS 모듈과 냉각팬이 수납되며, 수납함에는 냉각팬으로부터 배출되는 공기를 아래로 배출하기 위한 통공부가 형성될 수 있다.
상기 BMS 모듈과 냉각팬의 작동상태를 외부에서 볼 수 있도록 덮개는 투명 또는 반투명인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배터리 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 냉각팬이 전극단자와 마주보도록 설치되어 냉각팬으로부터 배출된 공기가 전극단자에 직접적으로 접촉하기 때문에 배터리팩을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
둘째, 제1,2 프레임에 패킹부재가 설치되고 양극 전극단자와 음극 전극단자 사이에 결합용 볼트가 설치되어 배터리 팩의 실링부가 견고하게 고정되기 때문에 전극단자가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 배터리 팩의 전압과 온도를 측정하기 위한 PCB와 BMS 모듈이 전극단자와 근접한 곳에 위치하기 때문에 전극단자와 PCB의 연결 및 PCB와 BMS 모듈의 연결이 간편하다.
넷째, 박형 이중 접촉식 센서를 이용하여 전지의 과도한 팽창을 감지하여 충전 또는 방전을 정지시킴으로써 폭발과 발화 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 배터리 장치를 보여주는 분해 사시도.
도 3은 도 1의 배터리 장치에 구비된 수납함, 덮개, BMS 모듈 및, 냉각팬을 보여주는 분해 사시도.
도 4는 도 1의 배터리 장치에 구비된 제1 프레임과 제2 프레임에 의해 파우치가 고정되는 것을 보여주는 분해 사시도.
도 5a는 도 4의 제1 프레임을 보여주는 평면도.
도 5b는 도 4의 제1 프레임을 보여주는 이면도.
도 5c는 도 4의 제1 프레임을 보여주는 좌측면도.
도 6은 제1 프레임과 제2 프레임에 의해 파우치가 고정된 것을 보여주는 부분 단면도.
도 7a 및 도 7b는 배터리 팩이 이웃하는 배터리 팩과 조립되는 것을 보여주는 일부 단면도.
도 8은 도 2의 A 부분의 확대도.
도 9는 본 발명에 구비된 배터리 팩 사이로 공기가 유동하는 것을 보여주는 단면도.
도 10은 도 1의 배터리 장치의 배터리 팩 조립체에 PCB가 설치된 것을 보여주는 평면도.
도 11은 도 10의 PCB를 보여주는 평면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 상기 배터리 장치를 보여주는 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 배터리 장치(100)는 배터리 팩 조립체를 냉각시키는 냉각팬(20)을 포함한다.
냉각팬(20)은 전극단자(11)(12)와 마주보도록 설치된다. 따라서, 냉각팬(20)으로부터 배출된 공기는 전극단자(11)(12)에 직접적으로 접촉되어 전극단자(11)(12)를 냉각시킬 수 있다. 알려진 바와 같이, 2차 전지에서는 전극단자(11)(12)의 온도가 가장 높은데, 냉각팬(20)으로부터 배출된 공기가 전극단자(11)(12)와 직접적으로 접촉하기 때문에 전극단자(11)(12)가 효과적으로 냉각될 수 있다.
바람직하게, 냉각팬(20)은 수납함(30)의 내부에 설치된다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 수납함(30)은 배터리 팩 조립체의 상부에 설치되고, 그 아랫면에는 통공부(31)가 형성되며, 그 측면에는 관통공(33)이 형성된다. 외부의 공기는 관통공(33)을 통하여 수납함(30)에 공급된 후, 냉각팬(20)을 경유하여 통공부(31)를 통해 배터리 팩 조립체로 배출된다.
냉각팬(20)은 외부의 공기를 통공부(31)를 통해 배터리 팩 조립체로 배출할 수도 있지만, 배터리 팩 조립체의 공기를 통공부(31)를 통해 빨아들일 수도 있다. 즉, 냉각팬(20)의 회전방향을 조절함으로써 외부의 공기를 통공부(31)를 통해 배터리 팩 조립체로 배출하거나 수납함(20) 아래의 공기를 통공부(31)를 통해 빨아들일 수도 있다.
냉각팬(20)은 배터리 팩(10)으로부터 공급된 전원에 의해서 구동될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 냉각팬(20)은, 배터리 팩(10)이 아닌, 별도의 외부 전원에 의해 구동될 수도 있다.
수납함(30)은 덮개(35)에 의해서 밀폐될 수 있는데, 사용자가 냉각팬(20) 및 BMS 모듈(Battery Management System)(37)의 작동상태를 외부에서 볼 수 있도록 덮개(35)는 투명 또는 반투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 복수 개의 배터리 팩(10)이 전기적으로 서로 연결되어 이루어진다. 복수 개의 배터리 팩(10)은 직렬로 서로 연결되거나 병렬로 서로 연결되거나 직·병렬로 서로 연결될 수 있다. 다만, 아래에서는 복수 개의 배터리 팩(10)이 직렬로 서로 연결된 경우만을 설명하기로 한다. 복수 개의 배터리 팩(10)이 병렬 또는 직병렬로 서로 연결된 것은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이고 본 발명의 요지도 아니기 때문에 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 배터리 팩(10)은 평판 형상의 제1 프레임(14), 평판 형상을 가지고 제1 프레임(14)과 결합되는 제2 프레임(18) 및, 제1 프레임(14)과 제2 프레임(18) 사이에 설치된 전지(13)를 포함한다.
제1 프레임(14)에는, 도 4 내지 도 5c에 나타난 바와 같이, 관통공(14a)과, 통기부(14b)와, 제1 결합돌기(14c)와, 제2 결합돌기(14d)가 형성된다.
관통공(14a)에는 복수 개의 배터리 팩(10)을 서로 결합시키는 결합용 볼트(19a)가 삽입된다. 결합용 볼트(19a)는 복수 개의 배터리 팩(10)의 관통공(14a)을 관통하도록 설치된 후 너트(19b)와 체결됨으로써 복수 개의 배터리 팩(10)을 서로 결합시킨다.
관통공(14a)은 제1 프레임(14)의 테두리에 복수 개가 형성되는데, 상기 복수 개의 관통공(14a) 중에서 적어도 어느 하나는 양극 전극단자(11)와 음극 전극단자(12) 사이에 형성된다. 양극 전극단자(11)와 음극 전극단자(12) 사이의 관통공(14a)에 결합용 볼트(19a)가 삽입되는 것에 의해서 상측의 실링부(13a)가 제1,2 프레임(14)(18)에 의해 견고하게 고정될 수 있다.
통기부(14b)는 제1 프레임(14)의 중앙부에 제1 프레임(14)을 관통하도록 형성된 부분이다. 후술하는 바와 같이, 배터리 팩(10)은 이웃하는 배터리 팩(10)과 소정 간격 이격되도록 설치되는데, 이러한 이격 설치구성과 통기부(14b)에 의해 전지(13)의 열이 외부로 배출될 수 있다.
제1 결합돌기(14c)는 제1 프레임(14)의 테두리 부분에 형성된 돌기이다. 도 4 및 도 6에 나타난 바와 같이, 제1 결합돌기(14c)는 제2 프레임(18)에 형성된 결합공(18a)에 삽입된다.
제2 결합돌기(14d)는 제1 프레임(14)의 테두리 부분에 형성된 돌기로서, 제2 프레임(18)의 테두리에 형성된 요홈(18e)에 억지 끼워맞춤됨으로써 제1,2 프레임(14)(18)을 서로 결합시킨다.
제2 프레임(18)에는 통기부(18b)와, 결합공(18a) 및, 요홈(18e)이 형성된다. 통기부(18b)는 제2 프레임(18)을 관통하도록 제2 프레임(18)의 중앙부에 형성된 부분이다. 통기부(18b)는 전지(13)의 열을 외부로 방출하는 역할을 한다. 결합공(18a) 및 요홈(18e)에 대해서는 전술한 바 있으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
제1 프레임(14)의 테두리와 제2 프레임(18)의 테두리는 파우치(13b)의 실링부(13a)를 고정한다. 즉, 실링부(13a)가 제1,2 프레임(14)(18) 사이에 삽입되는 것에 의해서 전지가 제1,2 프레임(14)(18)에 고정된다. 상기 파우치(13b)는 전극 조립체와 전해액을 감싸 밀봉한다. 파우치(13b)의 테두리에는 상기 밀봉을 위한 실링부(13a)가 형성된다. 그리고, 양극 전극단자(11)는 양극판과 연결되고 파우치(13b)의 외부로 돌출되도록 연장되고, 음극 전극단자(12)는 음극판과 연결되고 파우치(13b)의 외부로 돌출되도록 연장된다.
바람직하게, 제1 프레임(14)의 내측면에는 제1 프레임(14)의 테두리를 따라 복수 개의 홈(14e)이 형성되고, 제2 프레임(18)의 내측면에는 제2 프레임(18)의 테두리를 따라 복수 개의 홈(18c)이 형성되며, 홈(14e)(18c) 중의 적어도 일부에는 패킹부재(15)가 설치된다. 패킹부재(15)는 탄력성이 좋은 재질, 예를 들어 고무 등으로 만들어질 수 있다.
패킹부재(15)는 제1,2 프레임(14)(18) 사이에 삽입된 실링부(13a)를 밀착하여 가압한다. 패킹부재(15)는 제1,2 프레임(14)(18) 중에서 어느 한 쪽에만 설치될 수도 있지만, 실링부(15)를 견고하게 고정하기 위해서 패킹부재(15)가 제1,2 프레임(14)(18)의 서로 대응되는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 프레임(14)에 설치된 패킹부재(15)와 제2 프레임(18)에 설치된 패킹부재(15)는, 제1,2 프레임(14)(18)이 결합한 경우에, 서로 협력하여 실링부(13a)를 견고하게 고정할 수 있다.
한편, '배경기술'에서 설명된 바와 같이, 전극단자(11)(12)는 이웃하는 배터리 팩(10)의 전극단자(11)(12)와 서로 연결된다. 즉, 이웃하는 전극단자(11)(12)는 서로 겹쳐지도록 접혀진 후 볼트(도 10의 16)에 의해 서로 결합된다. 그런데, 전극단자(11)(12)가 서로 결합된 상태에서 파우치(13b)가 임의로 이동하면 전극단자(11)(12)에 응력이 집중되어 전극단자(11)(12)가 파손될 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 장치(100)는 패킹부재(15)가 실링부(13a)를 밀착 가압하는 구성과, 양극 전극단자(11)와 음극 전극단자(12) 사이의 관통공(14a)에 결합용 볼트(19a)가 삽입되는 구성에 의해서 실링부(13a)가 제1,2 프레임(14)(18)에 견고하게 고정될 수 있고, 이에 따라 파우치(13b)가 제1,2 프레임(14)(18)의 내부에서 임의로 움직이는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 전극단자(11)(12)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 구비된 배터리 팩(10)은 이웃하는 배터리 팩(10)과 소정 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 도 7a 및 도 7b에 나타난 바와 같이, 상기 이격은 제1 프레임(14)의 앞면에 돌출부를 형성시키고 상기 돌출부가 이웃하는 배터리 팩(10)의 제1 프레임(14) 뒷면에 접하도록 배터리 팩(10)을 서로 결합함으로써 이루어질 수 있다.
이 때, 돌출부는 제1 프레임(14)의 네 귀퉁이에 형성된 관통공(14a) 둘레에 형성되고, 돌출부는 관통공(14a) 둘레에 형성된 제1 돌출부(17a) 및, 제1 돌출부(17a) 위에서 관통공(14a)을 둘러싸도록 형성된 제2 돌출부(17b)를 포함하는 것이 바람직하다.
제2 돌출부(17b)는 이웃하는 배터리 팩(10)의 관통공(14a)에 삽입되어 이웃하는 배터리 팩(10)을 서로 정위치 시킨다. 이 때, 제1 돌출부(17a)는 이웃하는 배터리 팩(10)의 제1 프레임(14)의 뒷면에 접촉함으로써 이웃하는 배터리 팩(10)이 서로 이격되도록 한다.
이와 같이, 배터리 팩(10)이 서로 이격되도록 설치되면 냉각팬(20)에 의해서 유동하는 공기가 상기 이격된 공간으로 이동하면서 전지(13)의 열을 외부로 배출한다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 냉각팬(20)이 외부의 공기를 배터리 팩 조립체에 공급하는 경우에는 냉각팬(20)으로부터 공급된 공기가 아래로 이동하면서 전지(13)를 냉각시킨다.
한편, 도 9에 나타난 바와 같이, 전지(13)의 측면에는 박형 접촉식 센서(47)가 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전지(13)는 소정 간격으로 이격되도록 설치되는데, 이웃하는 전지(13)의 박형 접촉식센서(47)가 서로 마주보도록 설치될 수 있다.
충전과 방전을 거듭하는 동안에, 냉각팬(20)의 작동에도 불구하고, 전지(13)가 과열되어 이상 팽창될 수 있는데, 전지(13)가 팽창되면 박형 접촉식 센서(47)가 서로 접촉하게 되어 그에 따른 신호를 발생시키게 된다. 박형 접촉식 센서(47)는 두께가 얇은 박판 형태의 센서로서, 압력에 의해 두 개의 센서가 서로 접촉되면 센서에 가해지는 압력에 따른 신호를 발생시킨다. 따라서, 상기 신호는 전지(13)의 팽창량에 대한 정보도 포함하는데, 전선(도면에 미도시)과 PCB(40)를 거쳐서 BMS 모듈(37)에 전달된다. 상기 신호의 전달은 온도센서(45)에 의해 측정된 온도신호가 전달되는 과정과 유사하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 10은 배터리 팩 조립체에 PCB 및 온도센서가 설치된 것을 보여주는 평면도이고, 도 11은 PCB 및 온도센서를 보여주는 평면도이다.
상기 PCB(40)는 각 배터리 팩(10)의 전극단자(11)(12)와 전기적으로 연결되는 배선(printed circuit, 도면에 미도시)과, 상기 배선과 연결된 제1 핀 접속단자(41)와, 제2 핀 접속단자(42)를 포함한다.
상기 배선은 전극단자(11)(12)와 직접 접촉하여 전기적으로 연결됨으로써 각 전지(13)의 전압을 제1 핀 접속단자(41)로 전달하며, 제1 핀 접속단자(41)는 케이블(도면에 미도시)에 의해 BMS 모듈(37)과 연결되고, 이에 따라 각 전지(13)의 전압이 BMS 모듈(37)로 전달된다.
상기 온도센서(45)는 각 전극단자(11)(12)에 접촉되어 전극단자(11)(12)의 온도를 측정하고, 측정된 온도 신호를 온도 와이어(45a) 및 PCB의 배선(도면에 미도시)을 통해 제2 핀 접속단자(42)에 전달하며, 제2 핀 접속단자(42)는 케이블(도면에 미도시)에 의해 BMS 모듈(37)과 연결되고, 이에 따라 각 전극단자(11)(12)의 온도가 BMS 모듈(37)로 전달된다.
한편, 상기 PCB는 각 전극단자(11)(12)와 대응되는 부분은 바깥쪽으로 연장되도록 돌출되어 전극단자(11)(12)와 배선이 직접 접촉됨으로서 전기적으로 연결되고, 상기 연장된 부분 사이에는 요입되도록 형성된다. 상기 연장된 부분이 전극단자(11)(12)와 직접 접촉하는 것에 의해서 전극단자(11)(12)와 PCB(40)를 연결하는 전선이 불필요하게 되고, 상기 요입된 부분(49)에 의해 냉각팬(20)의 공기가 배터리 팩(10) 사이로 효과적으로 유입될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 장치(100)에서는 PCB(40)가 전극단자(11)(12)에 접하도록 위치하고 BMS 모듈(37)이 PCB(40)의 바로 위에 위치하며, PCB(40)의 배선(printed circuit)이 전극단자(11)(12)와 직접 접촉하기 때문에 PCB(40)와 전극단자(11)(12)를 연결하는 전선이 필요하지 않고, PCB(40)와 BMS 모듈(37)을 연결하는 케이블의 길이가 짧아지는 효과가 있다.
본 발명에 따른 배터리 장치(100)가 복층으로 적층될 경우에는 사용자가 수납함(30) 즉, 배터리 장치(100)의 상면을 볼 수 있도록 적층된다. 배터리 장치(100)의 양쪽 측면 중에서 어느 한쪽 측면은 아래층 배터리 장치(100)의 측면과 접하고 양쪽 측면 중에서 나머지 한쪽 측면은 위층 배터리 장치(100)의 측면과 접하도록 설치된다. 따라서, 사용자는 투명한 덮개(35)를 통하여 BMS 모듈(37)과 냉각팬(20)의 작동상태를 볼 수 있고, 필요한 경우에는 BMS 모듈(37)을 통하여 배터리 장치(100)의 작동을 직접 제어할 수 있다.
10 : 배터리 팩 13 : 전지
14 : 제1 프레임 15 : 패킹부재
18 : 제2 프레임 20 : 냉각팬
30 : 수납함 37 : BMS 모듈
40 : PCB 45 : 온도센서
47 : 박형 접촉식 센서
100 : 배터리 장치

Claims (8)

  1. 복수 개의 배터리 팩이 전기적으로 서로 연결된 배터리 팩 조립체; 및
    배터리 팩 조립체를 냉각시키는 냉각팬;을 포함하고,
    냉각팬은 배터리 팩의 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 마주보도록 설치되어 냉각팬에 의해 유동(流動)되는 공기가 양극 전극단자 및 음극 전극단자를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리 팩은 이웃하는 배터리 팩과 소정 간격 이격되도록 설치되고, 상기 간격을 통하여 냉각팬에 의해서 유동(流動)되는 공기가 배터리 팩을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    배터리 팩은,
    평판 형상의 제1 프레임;
    평판 형상을 가지고, 제1 프레임과 결합하는 제2 프레임; 및
    제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치된 전지;를 포함하고,
    전지는,
    양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 적층된 전극 조립체;
    전해액;
    전극 조립체와 전해액을 감싸 밀봉하는 파우치; 및
    양극판 및 음극판과 각각 연결되어 파우치의 외부로 돌출된 양극 전극단자와 음극 전극단자;를 포함하고,
    파우치의 테두리에 형성된 실링부가 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치되고, 제1,2 프레임 중에서 적어도 어느 하나의 내측면에는 제1,2 프레임이 결합된 경우에 실링부를 밀착 가압할 수 있도록 패킹부재가 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 프레임에는 복수 개의 배터리 팩을 결합시키는 결합용 볼트가 삽입되는 관통공이 복수 개가 형성되고, 복수 개의 관통공 중에서 적어도 하나는 양극 전극단자와 음극 전극단자 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    양극 전극단자 및 음극 전극단자와 마주보도록 설치되고, 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 전기적으로 연결된 PCB;
    PCB의 상부에 설치된 BMS 모듈; 및
    양극 전극단자 및 음극 전극단자의 온도를 측정하고, 측정된 상기 온도의 신호를 PCB에 전달하는 온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    PCB는 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 대응되는 부분은 바깥으로 연장되어 양극 전극단자 및 음극 전극단자와 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 연장된 부분의 사이는 요입되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    양극 전극단자 및 음극 전극단자의 상부에는 소정의 수납함 및, 수납함을 밀폐하는 덮개가 설치되고,
    수납함에는 BMS 모듈과 냉각팬이 수납되며,
    수납함에는 냉각팬으로부터 배출되는 공기를 아래로 배출하기 위한 통공부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    각 배터리 팩의 전지의 측면에는 박형 접촉식 센서가 설치되되, 이웃하는 전지의 박형 접촉식 센서가 서로 마주보도록 설치되어 전지의 이상 팽창 여부를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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