KR20130080197A - 배터리팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리팩에 관한 것이다.
본 발명의 배터리팩은, 배터리셀; 상기 배터리셀이 들어가는 셀삽입홈이 형성되어 있는 파티션; 및 상기 배터리셀과 파티션의 전, 후를 감싸는 형태로 조립되어 파티션과 배터리셀이 보호되도록 하면서 배터리셀의 열을 전달받아 외부로 방출함으로써 배터리셀의 냉각이 이루어지도록 하되 내측에 위치된 배터리셀과 접촉되지 않는 비접촉부가 형성되어 있는 보호커버;를 포함하여 구성된 서브모듈을 갖는다.

Description

배터리팩{Battery Pack}

본 발명은 다수 개의 배터리셀로 이루어진 배터리팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리팩을 이루는 서브모듈이 배터리셀과 파티션 및 보호커버를 갖는 배터리팩에 관한 것이다.

2차 전지는 1차 전지와 달리 충전 및 방전 가능한 것이 일반적으로서, 하이브리드 자동차, 노트북 컴퓨터, 디지털카메라, 셀룰러 폰 등 첨단 전기, 전자분야에 사용되고 있다.

2차 전지의 형태로는, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬전지 등이 있다.

상기 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수 개 내지 수십 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 그 수요가 증가하고 있는 실정이다.

리튬 2차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다.

최근 들어 각광받는 리튬 폴리머(lithium polymer) 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.

또, 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게도 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리한 특징이 있다.

2차 전지 중에서 다수 개의 배터리셀이 조립된 셀조립체(cell assembly) 형태의 것이 있는데 이러한 형태의 것은 고출력이 가능한 특징이 있다.

통상의 배터리가 그러하지만 셀조립체 형태의 배터리는 냉각이 배터리 효율에 매우 큰 영향을 미친다.

이로 인하여 한국 공개특허 2011-0044387호와 같이 배터리의 냉각 효율을 높이기 위한 다양한 기술이 안출되어 있는 실정이다.

셀조립체 형태의 배터리는 복수 개의 배터리팩이 조립된 형태이고, 각각의 배터리팩은 복수 개의 서브모듈로 이루어지며, 각각의 서브모듈은 배터리셀, 파티션, 보호커버로 구성되는 것이 일반적인데 상기 보호커버는 열교환 효율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어진다.

일본공개특허 특2006-66322호, 한국 등록특허 제704291호 등에는 셀조립체 형태의 배터리 및 배터리팩의 구조에 대하여 제시되어 있다.

서브모듈의 형태를 구체적으로 설명하면, 가장자리의 안쪽에 셀삽입홈이 형성되어 있는 파티션의 셀삽입홈에 배터리셀이 들어가 있는 형태가 되며, 이러한 파티션의 전, 후에 보호커버가 위치되어 보호커버가 파티션과 배터리셀을 감싸서 보호하는 형태이다.

일반적으로 파티션의 전, 후에 위치된 보호커버 간에 결합이 이루어져 파티션과 배터리셀을 내측으로 두고 있는 서브모듈이 완성된 구조이었다.

이러한 서브모듈에서 배터리셀의 전극 단자 주변에서는 높은 열이 발생되고, 전극 단자에서 멀어져 있는 부분에서는 상대적으로 열이 적게 발생되어 한 개의 배터리셀 내에서 온도의 편차가 크게 발생되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점은 배터리의 효율을 저하시키는 원인이 되고 있는 실정이었다.

한국 공개특허 2011-0044387호 일본공개특허 특2006-66322호 한국 등록특허 제704291호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 각각의 배터리셀 내에서 부분적인 온도편차 없이 고른 온도분포를 보이도록 고른 냉각이 이루어지는 서브모듈을 갖는 배터리팩을 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명의 배터리팩은, 배터리셀;

상기 배터리셀이 들어가는 셀삽입홈이 형성되어 있는 파티션; 및

상기 배터리셀과 파티션의 전, 후를 감싸는 형태로 조립되어 파티션과 배터리셀이 보호되도록 하면서 배터리셀의 열을 전달받아 외부로 방출함으로써 배터리셀의 냉각이 이루어지도록 하되 내측에 위치된 배터리셀과 접촉되지 않는 비접촉부가 형성되어 있는 보호커버;를 포함하여 구성된 서브모듈을 갖는 형태이다.

또, 비접촉부는 보호커버의 내측에 위치되는 배터리셀이 외부로 노출되도록 상기 보호커버의 측면에 형성되는 홈이나 홀인 구조이다.

또, 비접촉부는 냉각을 위한 열교환매체와 열교환되는 보호커버의 측면 중에서 하부에 형성되어 있는 형태이다.

또, 보호커버의 측면 상단부에서 하단부 사이에 비접촉부가 복수 개 형성되어 있는데 전극 단자로부터 이격되는 거리가 먼 비접촉부의 면적이 더 큰 형태이다.

본 발명의 배터리팩은 그 구성요소인 서브모듈이 배터리셀, 파티션, 보호커버로 이루어지고 배터리셀에서 발생되는 열이 보호커버에 전달되며, 이와 같이 전달된 열이 보호커버를 통해 외부로 방출되어 배터리셀의 냉각이 이루어지도록 되어 있는데 보호커버 중 상대적으로 열이 많이 발생되는 전극 단자에 대응되는 부분(상부)에서 멀어져 있는 부분(하부)에는 내부에 위치된 배터리셀과 접촉되지 못하는 비접촉부가 형성된 형태이기 때문에 전극 단자 주변의 열이 다른 부분보다 상대적으로 빠르게 방출되어 한 개의 배터리 셀 내에서 부분적인 온도편차 없이 배터리셀이 고르게 냉각되는 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 배터리팩 구성요소인 서브모듈과 냉매유동홀이 형성된 케이스를 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 구성요소인 서브모듈의 개략도
도 3은 본 발명의 구성요소인 서브모듈의 분해 사시도
도 4는 도 1에 도시된 배터리팩 구조에서 서브모듈이 삽입, 설치되고 냉매가 유동되는 냉매유동홀이 형성되어 있는 케이스의 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 복수 개의 배터리셀을 갖는 배터리팩에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 배터리팩은 복수 개의 서브모듈(100)을 가지며, 상기 서브모듈은 종래와 같이 배터리셀(10)을 갖는다.

또, 배터리셀(10)이 들어가는 셀삽입홈(21)이 형성되어 있는 파티션(20)을 갖는다.

또, 파티션(20)의 전, 후를 감싸는 형태로 조립되어 파티션(20)과 배터리셀(10)이 보호되도록 하는 보호커버(30)를 갖는다.

상기 보호커버(30)는 열교환 효율이 우수하면서 가벼운 알루미늄 재질로 구현되는 것이 좋다.

또, 파티션(20)의 전방과 후방에 각각 대응되는 것이 상호 결합되는 형태의 것일 수 있다.

그런데 본 발명은 각각의 배터리셀 내에서 부분적인 온도편차 없이 고른 온도분포를 보이도록 고른 냉각이 이루어지는 서브모듈을 갖는 배터리팩을 제공하려는 목적을 갖는다.

종래기술에서도 설명한 바와 같이 배터리셀(10)의 고른 냉각(고른 온도분포를 갖는 상태로 냉각)이 이루어지지 못하는 것은 전극 단자(11)에 가까울수록 열이 많이 발생되기 때문이다.

따라서 본 발명에서는 보호커버(30)가 배터리셀(10)의 열을 전달받아 외부로 방출함으로써 배터리셀(10)의 냉각이 이루어지도록 하되 배터리셀(10)의 상부에 위치된 전극 단자(11)로부터 멀어져 거리를 두고 있는 하부에는 내측에 위치된 배터리셀(10)과 접촉되지 못하는 비접촉부(31)가 형성되도록 한다.

이러한 비접촉부(31)의 형성은 보호커버(30)에 홀이나 홈이 형성되어 있도록 함으로써 구현 가능하다.(첨부된 도면은 홀에 의해 비접촉부(31)가 형성된 경우이다. 보호커버(30)가 복수 개의 부분으로 이루어져 결합됨으로써 온전한 형태의 보호커버를 형성하는 것이라면 보호커버를 이루기 위한 각각의 부분 가장자리에 형성된 홈에 의해서도 비접촉부(31)가 형성될 수 있는 것임)

결과적으로 본 발명은 보호커버(30) 내측면이 배터리셀(10)에 접촉되어 있어 보호커버(30)를 통한 열교환이 빠르게 이루어지도록 하는 것이다.

또, 보호커버(30)의 모든 부분이 배터리셀(10)과 접촉되어 있도록 하는 것이 아니라 배터리셀(10)의 전극 단자에서 멀어져 거리를 두고 있는 하부(보호커버(30)의 하부)는 배터리셀(10)과 접촉되지 않는 비접촉부(31)를 갖도록 하는 것이다.

이러한 구성에 의하면, 배터리셀(10) 중 보호커버(30)와 접촉되고 있는 부분은 열을 외부로 빠르게 방출하고, 홀이나 홈을 통해 비접촉부(31)가 형성된 부분은 상대적으로 열의 방출속도가 느려 결과적으로 배터리셀(10)이 고른 온도분포를 보이는 결과를 가져오는 것이다.

통상의 배터리팩 냉각구조를 고려할 때 비접촉부(31)는 보호커버(30)의 측면 하부에 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 일반적인 배터리팩에서 냉각을 위한 열교환매체와 열교환되는 지점은 보호커버(30)의 측면이다.

또, 배터리팩의 전극 단자(11)는 상부에 위치된다.

따라서 홀이나 홈을 통한 비접촉부(31)가 보호커버(30)의 하부에 위치된 형태가 되도록 하는 것이다.

본 발명에 있어서, 첨부된 도면에서와 같이 보호커버(30)의 측면 상단부에서 하단부 사이에 비접촉부(31)가 복수 개 형성되는데 전극 단자에서 멀어져 있는 거리가 긴 비접촉부일수록 크기가 더 크게 형성되어 있는 형태로 구현할 수 있다.

즉, 전극 단자로부터 이격되는 거리가 먼 비접촉부의 면적이 더 크게 구현되는 것이다.

이러한 구조는 보호커버(30)를 통한 배터리셀(10)의 보호기능이 저하되는 것을 최대한 방지하면서 배터리셀(10)의 고른 냉각효과도 얻을 수 있다.

미설명 부호 110은 서브모듈(100)이 삽입, 설치되는 케이스이고, 111은 케이스(110)에 형성되어 냉매가 유동되는 냉매유동홀이다.

10. 배터리셀
11. 전극 단자
20. 파티션
21. 셀삽입홈
30. 보호커버
31. 비접촉부
100. 서브모듈
110. 케이스
111. 냉매유동홀

Claims (4)

1. 배터리셀;
   상기 배터리셀이 들어가는 셀삽입홈이 형성되어 있는 파티션; 및
   상기 배터리셀과 파티션의 전, 후를 감싸는 형태로 조립되어 파티션과 배터리셀이 보호되도록 하면서 배터리셀의 열을 전달받아 외부로 방출함으로써 배터리셀의 냉각이 이루어지도록 하되 내측에 위치된 배터리셀과 접촉되지 않는 비접촉부가 형성되어 있는 보호커버;를 포함하여 구성된 서브모듈을 포함하는 배터리팩.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 비접촉부는 보호커버의 내측에 위치되는 배터리셀이 외부로 노출되도록 상기 보호커버의 측면에 형성되는 홈이나 홀인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 비접촉부는 냉각을 위한 열교환매체와 열교환되는 보호커버의 측면 중에서 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리팩.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 보호커버의 측면 상단부에서 하단부 사이에 비접촉부가 복수 개 형성되어 있는데 전극 단자로부터 이격되는 거리가 먼 비접촉부의 면적이 더 큰 것을 특징으로 하는 배터리팩.

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