KR20130114419A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀, 상기 복수개의 배터리 셀을 덮고 있으며, 적어도 일부분에 개구부를 구비한 탑커버 및 상기 개구부에 장착되며 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 센서가 내장된 본체부 및 상기 센서와 연결된 와이어를 수용하는 와이어부로 구비하는 온도측정부를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 온도측정부재가 장착된 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 팩이 개발되고 있으며, 상기한 고출력 배터리 팩은 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 시용될 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 대용량의 배터리 팩을 구성한다.
배터리 셀은 양극판 및 음극판으로 구성되는 전극 조립체와 전해액을 포함하며, 이들 극판들과 전해액과의 전기화학적 반응에 의하여 에너지를 발생할 수 있다. 이때, 배터리 셀의 내부에는 전기 화학적 반응의 부반응으로 기체 및 열이 발생할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 배터리 셀에서 발생한 열은 배터리 셀을 열화시켜 배터리 셀의 수명을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 배터리 셀에서 발생하는 열을 정확하게 측정할 수 있는 온도측정부를 내장한 배터리 팩을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 탑커버에 온도측정부를 일체화함으로써 조립 공정을 단순화할 수 있는 배터리 팩을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀, 상기 복수개의 배터리 셀을 덮고 있으며, 적어도 일부분에 개구부를 구비한 탑커버 및 상기 개구부에 장착되며 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 센서가 내장된 본체부 및 상기 센서와 연결된 와이어를 수용하는 와이어부로 구비하는 온도측정부를 포함한다.
상기 온도측정부로부터 상기 배터리 셀의 온도 정보를 수집 또는 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 온도측정부는 상기 와이어를 통하여 상기 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 본체부 및 상기 와이어부는 탄성이 있는 열전도성의 플라스틱, 고무 또는 실리콘을 포함하는 소재로 이루어질 수 있다.
상기 센서는 상기 본체부의 바닥 영역에 장착될 수 있다.
상기 본체부의 바닥 영역에는 상기 배터리 셀과 대면하도록 금속부재가 더 포함될 수 있다.
상기 센서는 상기 금속부재와 접촉하도록 장착될 수 있다.
상기 센서는 상기 금속부재의 상부면에 장착될 수 있다.
상기 센서는 상기 금속부재의 내부에 내장될 수 있다.
상기 와이어의 일부분은 상기 본체부 및 상기 와이어부에 내장되고, 상기 와이어의 타부분은 상기 와이어부의 외부로 돌출되어 상기 제어부와 연결될 수 있다.
상기 개구부는 홈부를 갖는 탑커버의 바닥부에 형성될 수 있다.
상기 본체부의 바닥부와 상기 배터리 셀의 사이에는 열전도부재가 더 개재될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 배터리 셀에서 발생하는 열을 정확하게 측정할 수 있는 온도측정부를 내장한 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 탑커버에 온도측정부를 미리 조립해 일체화함으로써 조립 공정을 단순화할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도.
도 2는 도 1의 탑커버의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 도 1의 B-B'따라 절취한 사시도.
도 4는 본 발명의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 사시도.
도 5는 도 1의 온도측정부재의 확대 사시도.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도.
도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도.
도 6c는 본 발명의 제3 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 도 1의 탑커버의 부분 확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 도 1의 B-B'따라 절취한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀(10), 상기 복수개의 배터리 셀(10)을 덮고 있으며, 적어도 일부분에 개구부(O)를 구비한 탑커버(120) 및 상기 개구부(O)에 장착되며 상기 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 센서(133)가 내장된 본체부(131) 및 상기 센서(133)와 연결된 와이어(134)를 수용하는 와이어부(132)로 구비하는 온도측정부(130)를 포함한다. 여기서, 탑커버(120)와 하부 케이스(140)는 서로 체결되어 복수개의 배터리 셀(10)을 수용한다.
온도측정부(130)가 장착되는 개구부(O)는 배터리 셀(10)의 벤트부(13) 및 전극단자(11, 12) 사이의 영역과 대응하는 탑커버(120)의 영역에 형성된다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)에 적용되는 냉각 방식은 냉매가 기체인 공냉식이므로, 상부면인 탑커버(120)의 온도가 가장 높다. 또한, 배터리 셀(10)의 벤트부(13)와 전극단자(11, 12) 사이에 영역에서 가장 많은 열이 발생되므로, 상부면인 탑커버(120) 중에서도 배터리 셀(10)의 벤트부(13)와 전극단자(11, 12) 사이에 영역과 대응하는 탑커버(120)의 영역에 온도측정부(130)가 장착되는 것이 배터리 셀(10)의 최대 온도를 관리하기에 바람직하다. 또한, 전극단자(11, 12) 중 일반적으로 양극단자 보다 더 많은 열이 발생하는 음극단자와 벤트부(13) 사이에 영역과 대응하는 탑커버(120)의 영역에 온도측정부(130)가 장착되는 것이 배터리 셀(10)의 최대 온도를 관리하기에 더욱 바람직하다.
여기서, 탑커버(120)의 개구부(O)는 내측부(122)와 바닥부(123)를 갖는 홈부(121)에 형성된다. 개구부(O)는 홈부(121)의 바닥부(123)에 온도측정부(130)의 본체부(131)와 대응하는 형상이 되도록 형성되고, 본체부(131)는 개구부(O)를 통과하도록 장착되어 배터리 셀(10)과 대면할 수 있다. 이에 따라서, 본체부(131)의 바닥 영역에 장착된 후술할 센서(133, 도 6a 참조)는 배터리 셀(10)과 가깝게 배치되어 배터리 셀(10)로부터의 열을 잘 감지할 수 있다. 이때, 본체부(131)의 바닥부와 배터리 셀(10) 사이에는 열전도부재(136)가 개재되어 배터리 셀(10)로부터의 열이 온도측정부(130)에 보다 잘 전달될 수 있도록 할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 배터리 셀(10)의 벤트부(13)는 전극단자(11, 12) 사이에 구비되어 기체를 방출하는 통로의 역할을 한다. 또한, 벤트부(13)와 대응하는 탑커버(120)의 일부분에는 벤트 커버(124)가 구비된다. 상기 벤트 커버(124)는 내부가 일방향으로 개구된 육면체의 형태이며, 개구된 면이 벤트부(13)를 향하도록 배터리 셀(10) 위에 안착된다. 여기서, 벤트 커버(124)는 일단에 기체의 배출구(127)를 구비할 수 있으며, 배터리 셀(10)과 밀접하게 접촉하여 배출구(127)와 연결되는 기체 유로를 형성한다.
한편, 이웃한 두 배터리 셀(10)의 전극단자(11, 12)는 버스바(bus-bar, 15)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(15)에는 전극단자(11, 12)가 관통할 수 있는 홀이 구비되고, 상기 전극단자(11, 12)가 관통하여 연결된 버스바(15)는 너트(16) 등의 부재에 의하여 고정될 수 있다. 버스바(15)의 상부에는 버스바 커버(125)가 덮여 있고, 버스바(15)의 주위에는 격벽(126)이 둘러 싸고 있다.
배터리 모듈(110)은 복수개의 배터리 셀(10), 서로 공간적으로 이격되어 구비되는 한 쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112) 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)를 연결하는 연결부재(113)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)는 각각 최외각의 배터리 셀(10)과 면접촉하도록 배치되어, 복수개의 배터리 셀(10)을 내측으로 가압할 수 있다. 연결 부재(113)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)를 연결하는데, 상기 연결 부재(113)의 일단은 제1 엔드 플레이트(111)에 체결되고, 상기 연결 부재(113)의 타단은 제2 엔드 플레이트(112)에 체결된다. 이때, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(111, 112)와 상기 연결 부재(113)는 볼트, 너트 등의 부재에 의하여 체결될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)과 배터리 셀(10) 사이에는 배리어(115)가 개재될 수 있다. 상기 배리어(115)에는 스페이서(미도시)가 구비되어, 이웃하는 복수개의 배터리 셀(10)을 이격시키고, 상기 배터리 셀(10) 사이의 공간을 형성시켜 배터리 셀(10)을 냉각시키는 냉매인 공기의 이동 통로를 제공할 수 있다.
제1 엔드 플레이트(111) 또는 제2 엔드 플레이트(112) 상에는 온도측정부(130)로부터 배터리 셀(10)의 온도 정보를 수집 또는 제어하는 제어부(150)가 구비된다. 본 발명의 실시예에서는 제어부(150)가 제2 엔드 플레이트(112) 상에 구비되는 것을 일예로 하였으나, 제어부(150)가 구비되는 위치는 이에 한정되는 것이 아니고 제1 엔드 플레이트(111) 상에도 구비될 수도 있고, 배터리 모듈(110)에 인접한 어느 위치에 구비되는 것도 가능하다. 온도측정부(130)는 와이어(134)를 통하여 제어부(150)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 와이어(134)의 일부분은 본체부(131) 및 와이어부(132)에 내장되고, 와이어(134)의 타부분은 와이어부(132)의 외부로 돌출되어 제어부(150)와 연결된다. 여기서, 제어부(150)는 배터리 셀 통제회로(cell supervision circuit) 또는 BMS(Battery management system)일 수 있다. 온도측정부(130)의 본체부(131)에 의해 측정된 배터리 셀(10)의 온도는 본체부(131)와 연결된 와이어(134)를 통해 제어부(150)로 수집되는 과정을 통하여 배터리 팩(100)의 온도를 제어하는 데이터가 될 수 있다.
도 5 내지 도 6c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도측정부를 설명한다.
도 5는 도 1의 온도측정부재의 확대 사시도이고, 도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도이며, 도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 제3 실시예에 따라서 도 1의 A-A'따라 절취한 단면도이다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 온도측정부(130)는 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 센서(133)가 내장된 본체부(131) 및 상기 센서(133)와 연결된 와이어(134)를 수용하는 와이어부(132)로 구비하도록 구성된다. 여기서, 본체부(131) 및 와이어부(132)는 탄성이 있는 열전도성의 플라스틱, 고무 또는 실리콘을 포함하는 소재로 이루어지는 것이 배터리 셀(10)의 온도를 관리하기에 바람직하다.
여기서, 와이어(134)는 파단을 방지하기 위하여 절연성의 피복으로 둘러싸여 있을 수 있으며, (+), (-)의 2 가닥으로 이루어진다. 또한, 센서(133)는 이 2 가닥의 와이어(134)의 일단부와 소형 회로칩의 연결부가 열전도성의 피복으로 둘러싸여 구성된다. 이와 같이, 센서(133)가 열전도성의 피복으로 둘러싸여 있고 배터리 셀(10)과 최대한 근접하거나 직접 접촉하도록 배치되어 있으므로 배터리 셀(10)로부터의 열을 잘 감지할 수 있다. 배터리 셀(10)로부터의 열은 회로칩이 내장된 센서(133)에서 전기적 신호로 변환되어 와이어(134)를 통하여 제어부(150)로 수집되고 제어되어 배터리 팩(100)의 온도를 제어하는 데이터가 될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도측정부(130)의 센서(133)는 본체부(131)의 바닥 영역에 장착되어 배터리 셀(10)과 최대한 가깝게 배치된다. 또한, 본체부(131)는 센서(133)의 일부가 본체부(131)의 바닥 영역으로부터 노출되도록 형성되어, 센서(133)가 배터리 셀(10)과 직접 접촉하는 것도 가능하다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도측정부(130)와 같이, 센서(133)는 배터리 셀(10)과 최대한 근접하거나 직접 접촉하는 것이 배터리 셀(10)로부터의 열을 잘 감지할 수 있어 바람직하다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도측정부(130)는 본체부(131)의 바닥 영역에 금속부재(135)를 더 포함한다. 여기서, 금속부재(135)는 금속부재(135)의 일부가 본체부(131)의 바닥 영역으로부터 노출되어 배터리 셀(10)과 대면하도록 배치되며, 센서(133)는 금속부재(135)의 상부면에 장착되어 금속부재(135)와 접촉한다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도측정부(130)의 센서(133)는 열전도성이 우수한 금속부재(135)를 매개로 하여 배터리 셀(10)과 접촉할 수 있어 배터리 셀(10)로부터의 열을 잘 감지할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 온도측정부(130)는 제2 실시예와 같이 본체부(131)의 바닥 영역에 배치된 금속부재(135)를 더 포함한다. 여기서, 금속부재(135)는 금속부재(135)의 일부가 본체부(131)의 바닥 영역으로부터 노출되어 배터리 셀(10)과 대면하도록 배치되며, 센서(133)는 금속부재(135)의 내부에 내장되어 금속부재(135)와 접촉한다. 이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 온도측정부(130)의 센서(133)는 열전도성이 우수한 금속부재(135)에 둘러싸이므로 제2 실시예와 같이 열전도성이 우수한 금속부재(135)을 매개로 하여 배터리 셀(10)과 접촉할 수 있어 배터리 셀(10)로부터의 열을 잘 감지할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 배터리 셀에서 발생하는 열을 정확하게 측정할 수 있는 온도측정부를 내장한 탑커버 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 탑커버에 온도측정부를 미리 조립해 일체화함으로써 조립 공정을 단순화할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 온도측정부에 걸림턱 구조를 적용해 탑커버로부터 이탈되지 않고 배터리 셀에 밀착되도록 하여 온도측정부의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀은 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명하였지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에도 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11, 12: 전극단자
12: 음극 단자 13: 벤트부
15: 버스바 16: 너트
100: 배터리 팩 110: 배터리 모듈
111, 112: 엔드 플레이트 113: 연결부재
115: 배리어 120: 탑커버
121: 홈부 122: 내측부
123: 바닥부 124: 벤트 커버
125: 버스바 커버 126: 격벽
127: 배출구 130: 온도측정부
131: 본체부 132: 와이어부
133: 센서 134: 와이어
135: 금속부재 136: 열전도부재
140: 하부 케이스 150: 제어부
O: 개구부

Claims (12)

  1. 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 복수개의 배터리 셀을 덮고 있으며, 적어도 일부분에 개구부를 구비한 탑커버; 및
    상기 개구부에 장착되며 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 센서가 내장된 본체부 및 상기 센서와 연결된 와이어를 수용하는 와이어부로 구비하는 온도측정부
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정부로부터 상기 배터리 셀의 온도 정보를 수집 또는 제어하는 제어부를 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도측정부는 상기 와이어를 통하여 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부 및 상기 와이어부는 탄성이 있는 열전도성의 플라스틱, 고무 또는 실리콘을 포함하는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 본체부의 바닥 영역에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 바닥 영역에는 상기 배터리 셀과 대면하도록 금속부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서는 상기 금속부재와 접촉하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서는 상기 금속부재의 상부면에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센서는 상기 금속부재의 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 와이어의 일부분은 상기 본체부 및 상기 와이어부에 내장되고, 상기 와이어의 타부분은 상기 와이어부의 외부로 돌출되어 상기 제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는 홈부를 갖는 탑커버의 바닥부에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 바닥부와 상기 배터리 셀의 사이에는 열전도부재가 더 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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