KR20180085123A - 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩에 관한 것으로, 다수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 모듈 조립체에 온열 패드 및 발포 단열재를 삽입 충진함으로써, 온열 패드를 동작 제어하여 배터리 팩의 사용 환경에 대한 온도 조건이 배터리 셀의 보증 온도 범위를 벗어난 경우에도, 특히, 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우에도 안정적으로 사용할 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있으며, 항상 최적 온도 상태로 작동할 수 있고, 또한, 발포 단열재의 충진에 따른 단열 기능의 향상으로 외부 환경 온도의 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 온열 패드에 대한 작동 에너지를 감소시킬 수 있어 더욱 효율적으로 사용할 수 있으며, 또한, 온열 패드를 동작 제어하는 제어 보드에도 별도의 온열 패드를 장착함으로써, 사용 온도 조건이 열악한 경우에도 제어 보드의 원활한 동작을 가능하게 할 수 있고, 이를 통해 배터리 셀에 대한 온도 조절 기능을 항상 안정적으로 유지할 수 있는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩을 제공한다.

Description

온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩{Battery Pack with Function of Temperature Control}
본 발명은 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 모듈 조립체에 온열 패드 및 발포 단열재를 삽입 충진함으로써, 온열 패드를 동작 제어하여 배터리 팩의 사용 환경에 대한 온도 조건이 배터리 셀의 보증 온도 범위를 벗어난 경우에도, 특히, 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우에도 안정적으로 사용할 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있으며, 항상 최적 온도 상태로 작동할 수 있고, 또한, 발포 단열재의 충진에 따른 단열 기능의 향상으로 외부 환경 온도의 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 온열 패드에 대한 작동 에너지를 감소시킬 수 있어 더욱 효율적으로 사용할 수 있으며, 또한, 온열 패드를 동작 제어하는 제어 보드에도 별도의 온열 패드를 장착함으로써, 사용 온도 조건이 열악한 경우에도 제어 보드의 원활한 동작을 가능하게 할 수 있고, 이를 통해 배터리 셀에 대한 온도 조절 기능을 항상 안정적으로 유지할 수 있는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 일반적으로 다양한 제품군에 따른 적용성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지므로, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 사용될 뿐만 아니라 로켓, 미사일과 같은 방위산업 제품에도 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
이차 전지는 배터리 팩의 형태로 제작되어 사용되는데, 배터리 팩은 복수 개의 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성되며, 각각의 배터리 셀은 최근 리튬 배터리가 주로 이용되며, 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리가 있다.
이러한 배터리 팩의 본질적인 전기 화학 또는 전기 물리적 특성은 배터리 팩이 사용되는 외부 환경에 영향을 받지 않을 수 없으며, 배터리 팩이 노출되는 외부 환경에 따라 배터리 팩의 내재적인 전기 화학적 특성이 급변하기도 하며, 이에 따라 배터리 팩의 수명이나 안정성 또는 구동 성능 등도 변화하게 된다.
특히, 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리의 경우, 배터리 팩이 사용되는 외부 환경 온도는 배터리 팩의 성능 및 수명에 큰 영향을 미친다.
일반적으로 배터리 셀의 최적 사용 온도 조건은 대략 25℃ 전후이며, 방전 시 배터리 셀에 대한 보증 온도는 -20℃ ~ 70℃이다. 최적 사용 온도 조건인 25℃ 전후 온도에서 사용하는 경우, 배터리 셀은 99% 이상의 효율을 나타낸다.
이와 같이 배터리 셀이 최적 사용 온도 조건에서 사용되는 경우, 배터리 셀의 효율도 우수하고 그 수명 또한 증가하게 되는데, 배터리 셀의 사용 환경에 따라서는 이러한 최적 사용 온도 조건에서 사용하지 못하게 되는 경우가 많다.
예를 들어, 로켓이나 미사일과 같은 방위 산업 제품에 배터리 셀이 사용되는 경우, 높은 고도에서 열악한 환경에 놓이게 되기 때문에, 사용 환경 온도가 셀에 대한 보증 온도 이하로 떨어지는 등의 이유로 배터리 셀을 에너지원으로 사용하여 운용하는데 어려움이 있다.
최근에는 배터리 셀에 대한 온도를 조절하기 위한 기술들이 개발되고 있으나, 일반적으로 배터리 셀의 작동시 발생하는 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위한 방열 구조를 중심으로 그 기술 개발이 이루어짐과 동시에 배터리 셀 자체의 온도 상승을 억제하기 위한 방식의 기술 개발이 이루어지고 있는바, 이러한 기술들은 배터리 셀의 외부 환경 온도 변화에 따른 효율 저하 등의 문제를 해결하지 못한다는 문제가 있다.
국내등록특허 제10-1589437호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 모듈 조립체에 온열 패드 및 발포 단열재를 삽입 충진함으로써, 온열 패드를 동작 제어하여 배터리 팩의 사용 환경에 대한 온도 조건이 배터리 셀의 보증 온도 범위를 벗어난 경우에도, 특히, 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우에도 안정적으로 사용할 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있으며, 항상 최적 온도 상태로 작동할 수 있고, 또한, 발포 단열재의 충진에 따른 단열 기능의 향상으로 외부 환경 온도의 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 온열 패드에 대한 작동 에너지를 감소시킬 수 있어 더욱 효율적으로 사용할 수 있는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온열 패드를 동작 제어하는 제어 보드에도 별도의 온열 패드를 장착함으로써, 사용 온도 조건이 열악한 경우에도 제어 보드의 원활한 동작을 가능하게 할 수 있고, 이를 통해 배터리 셀에 대한 온도 조절 기능을 항상 안정적으로 유지할 수 있는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제어 보드 및 온열 패드에 대한 전원 공급은 셀 모듈을 통해 이루어지도록 함으로써, 별도의 외부 전원이 필요없이 자체적으로 온도 제어 기능을 수행할 수 있어 설치 및 유지 관리가 유리한 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명은, 다수개의 배터리 셀이 결합된 셀 모듈과, 상기 셀 모듈의 외측면 일부를 감싸며 전원을 공급받아 발열하는 셀 모듈 온열 패드와, 상기 셀 모듈이 상기 셀 모듈 온열 패드와 함께 내부 공간에 수용되는 셀 모듈 케이스를 포함하는 셀 모듈 조립체; 다수개의 상기 배터리 셀에 각각 장착되는 제 1 온도 센서; 상기 셀 모듈 조립체가 내부 공간에 수용되도록 형성되는 배터리 팩 케이스; 및 상기 배터리 팩 케이스 내부 공간에 장착되며 상기 제 1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 셀 모듈 온열 패드를 동작 제어하도록 형성되는 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩을 제공한다.
이때, 상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에는 상기 셀 모듈과 상기 셀 모듈 온열 패드가 수용된 상태에서 빈 공간에 발포 단열재가 충진될 수 있다.
또한, 상기 발포 단열재는 우레탄 폼으로 액상 상태에서 상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에서 발포되는 방식으로 상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에 충진될 수 있다.
또한, 상기 셀 모듈은 직육면체 형태로 형성되고, 상기 셀 모듈 온열 패드는 상기 셀 모듈의 서로 대향되는 2개 측면이 외부 노출되도록 4개 측면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 모듈 케이스의 일측에는 케이블 관통홀이 형성되고, 상기 셀 모듈에 의해 발생한 전원을 상기 제어 보드로 공급할 수 있도록 상기 셀 모듈에 연결된 전선 케이블이 상기 케이블 관통홀을 통해 상기 셀 모듈 케이스의 외부로 인출되어 상기 제어 보드에 연결될 수 있다.
또한, 상기 셀 모듈 온열 패드를 동작 제어할 수 있도록 상기 제어 보드로부터 별도의 전선 케이블이 상기 케이블 관통홀을 통해 상기 셀 모듈 케이스 내부로 인입되어 상기 셀 모듈 온열 패드에 연결되고, 상기 셀 모듈 온열 패드는 상기 제어 보드 및 전선 케이블을 통해 상기 셀 모듈에 의해 발생한 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 보드의 일면에는 상기 제어 보드를 가열할 수 있도록 전원을 공급받아 발열하는 별도의 보드 온열 패드가 결합될 수 있다.
또한, 상기 보드 온열 패드의 양면에는 별도의 보호 패드가 부착되며, 상기 보드 온열 패드는 상기 보호 패드를 사이에 두고 상기 제어 보드의 일면에 결합될 수 있다.
또한, 상기 셀 모듈 케이스의 외부 공간인 상기 배터리 팩 케이스 내부에는 별도의 제 2 온도 센서가 장착되고, 상기 제어 보드는 상기 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 보드 온열 패드를 동작 제어하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어 보드는 상기 제 1 온도 센서 및 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도를 비교하여 상기 셀 모듈 온열 패드의 작동 상태를 강약 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 모듈 조립체의 외주면과 상기 배터리 팩 케이스의 내주면 사이에 단열 챔버가 형성되도록 상기 배터리 팩 케이스의 내주면에는 상기 셀 모듈 조립체를 상기 배터리 팩 케이스의 내측면과 이격된 상태로 고정하도록 내측 방향으로 돌출되는 돌출 가이드부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어 보드는 상기 배터리 팩 케이스 내부 공간에서 상기 셀 모듈 조립체와 이격되게 배치되며, 상기 배터리 팩 케이스의 내주면 일측에는 상기 제어 보드가 상기 배터리 팩 케이스의 내주면 일측으로부터 이격되게 고정되도록 이격 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 모듈 조립체에 온열 패드 및 발포 단열재를 삽입 충진함으로써, 온열 패드를 동작 제어하여 배터리 팩의 사용 환경에 대한 온도 조건이 배터리 셀의 보증 온도 범위를 벗어난 경우에도, 특히, 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우에도 안정적으로 사용할 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있으며, 항상 최적 온도 상태로 작동할 수 있고, 또한, 발포 단열재의 충진에 따른 단열 기능의 향상으로 외부 환경 온도의 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 온열 패드에 대한 작동 에너지를 감소시킬 수 있어 더욱 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온열 패드를 동작 제어하는 제어 보드에도 별도의 온열 패드를 장착함으로써, 사용 온도 조건이 열악한 경우에도 제어 보드의 원활한 동작을 가능하게 할 수 있고, 이를 통해 배터리 셀에 대한 온도 조절 기능을 항상 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어 보드 및 온열 패드에 대한 전원 공급은 셀 모듈을 통해 이루어지도록 함으로써, 별도의 외부 전원이 필요없이 자체적으로 온도 제어 기능을 수행할 수 있어 설치 및 유지 관리가 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 외형을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 조립체의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 내부 구조를 나타내기 위해 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 내부 구조를 나타내기 위해 도 1의 "B-B"선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 조립체의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 내부 구조를 나타내기 위해 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩의 내부 구조를 나타내기 위해 도 1의 "B-B"선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩은 외부 환경 온도 변화에 따라 배터리 팩의 작동 온도를 조절하여 최적의 효율을 발휘할 수 있도록 하는 구성으로, 셀 모듈 조립체(100)와, 제 1 온도 센서(410)와, 배터리 팩 케이스(200)와, 제어 보드(300)를 포함하여 구성된다.
셀 모듈 조립체(100)는 다수개의 배터리 셀(121)이 결합된 셀 모듈(120)과, 셀 모듈(120)을 가열할 수 있도록 셀 모듈(120)의 외측면 일부를 감싸며 전원을 공급받아 발열하는 셀 모듈 온열 패드(130)와, 셀 모듈(120)이 셀 모듈 온열 패드(130)와 함께 내부 공간에 수용되도록 형성되는 셀 모듈 케이스(110)를 포함하여 구성된다.
셀 모듈(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 다수개의 배터리 셀(121)이 일렬되게 적층 배치되는 형태로 구성되며, 별도의 지지 플레이트(122)에 의해 다수개의 배터리 셀(121)이 결합 고정된다. 다수개의 배터리 셀(121)은 각각 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리로 적용될 수 있으며, 각각 직렬 연결되도록 구성될 수 있다.
셀 모듈 온열 패드(130)는 셀 모듈(120)을 전체적으로 가열할 수 있도록 셀 모듈(120)의 외측면을 감싸는 형태로 형성되는데, 직물이나 또는 합성 수지를 재료로 한 연성 재질로 내부에 히팅 코일이 삽입된 형태로 구성될 수 있다. 히팅 코일에 전원이 공급됨에 따라 발열되어 셀 모듈(120)을 외부에서 전체적으로 가열할 수 있다. 좀더 구체적으로는, 셀 모듈(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 직육면체 형태로 형성될 수 있고, 셀 모듈 온열 패드(130)는 셀 모듈(120)의 서로 대향하는 2개 측면이 외부 노출되도록 4개 측면을 감싸는 중공 사각 기둥 형태로 형성될 수 있다. 물론, 셀 모듈 온열 패드(130)가 셀 모듈(120)의 외측면 전체 영역을 모두 감싸는 형태로 형성될 수도 있으나, 이 경우, 배터리 셀(121)의 발열에 따른 급격한 온도 상승이 일어날 수 있으므로, 일정 정도의 방열 효과를 위해 셀 모듈(120)의 외측면 일부 영역을 감싸는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
셀 모듈 케이스(110)는 셀 모듈 온열 패드(130)가 셀 모듈(120)에 감긴 상태로 셀 모듈(120)이 내부 공간에 수용되도록 형성되며, 일면이 개방된 셀 모듈 케이스 본체(111)와, 개방된 일면에 결합되어 내부 공간을 폐쇄하는 셀 모듈 케이스 커버(112)로 분리 형성될 수 있다. 셀 모듈 케이스(110)의 일측에는 내부 공간에 배치된 셀 모듈(120)의 배터리 셀(121)에 연결된 다수개의 전선 케이블(W) 및 셀 모듈 온열 패드(130)에 연결된 전선 케이블(W)이 외부로 인출될 수 있도록 케이블 관통홀(113)이 형성되고, 케이블 관통홀(113)에는 이물질의 유출입을 방지할 수 있도록 별도의 패킹 부재(113)가 결합될 수 있다. 이때, 케이블 관통홀(113)을 통해 외부 인출된 전선 케이블(W)은 후술하는 제어 보드(300)와 연결되며, 이를 통해 제어 보드(300)는 배터리 셀(121)의 전원을 공급받아 작동하게 되고, 마찬가지로, 셀 모듈 온열 패드(130) 또한 배터리 셀(121)의 전원을 제어 보드(300)를 통해 공급받아 작동하게 된다.
또한, 셀 모듈 케이스(110)에는 타측에 또 다른 케이블 관통홀(113)이 형성되는데, 이를 통해 배터리 셀(121)에 연결된 또 다른 전선 케이블(W)이 인출되고, 이는 배터리 팩 케이스(200)에 형성된 별도의 출력 포트(250)에 연결된다. 출력 포트(250)는 외부 기기에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 포트이며, 다양한 포트 형태로 형성될 수 있다.
하나의 케이블 관통홀(113)을 통해 외부 인출된 전선 케이블(W)은 후술하는 제어 보드(300)로 연결되어 제어 보드(300)에 배터리 셀(121)의 전원을 공급하게 되고,
한편, 셀 모듈 케이스(110)의 내부 공간에는 셀 모듈(120)과 셀 모듈 온열 패드(130)가 수용된 상태에서 빈 공간에 발포 단열재(140)가 충진된다. 이러한 발포 단열재(140)는 액상 우레탄으로 셀 모듈 케이스(110)의 내부 공간에서 자연 발포되는 형태로 셀 모듈 케이스(110)의 내부 공간에 충진될 수 있다.
즉, 셀 모듈(120)의 외측면을 감싸는 형태로 셀 모듈 온열 패드(130)를 장착하고, 이 상태에서 셀 모듈(120)과 셀 모듈 온열 패드(130)를 셀 모듈 케이스 본체(111)의 내부 공간에 삽입하며, 이 상태에서, 셀 모듈(120)의 각 배터리 셀(121)에 연결된 전선 케이블(W) 및 셀 모듈 온열 패드(130)에 연결된 전선 케이블(W)을 셀 모듈 케이스 본체(111)의 일측에 형성된 케이블 관통홀(113)을 통해 외부 인출하며, 또한 또 다른 전선 케이블(W)을 셀 모듈 케이스 본체(111)의 타측에 형성된 케이블 관통홀(113)을 통해 외부 인출한다. 이 상태에서, 셀 모듈 케이스 본체(111)의 내부 공간에 발포 단열재(140)인 액상 우레탄을 일정량 투입한 후, 셀 모듈 케이스 커버(112)를 셀 모듈 케이스 본체(111)의 개방면에 결합하여 셀 모듈 케이스(110) 내부 공간을 폐쇄한다. 이후, 시간이 경과하면, 셀 모듈 케이스(110)의 내부 공간에서는 발포 단열재(140)인 액상 우레탄이 자연 발포하는 방식으로 확장하여 내부 공간을 가득 채우게 된다.
이와 같이 셀 모듈 케이스(110) 내부 공간에 발포 단열재(140)를 액상 우레탄을 이용하여 자연 발포 방식으로 충진함으로써, 셀 모듈 케이스(110) 내부 공간에 대한 단열 기능을 수행함과 동시에 셀 모듈 케이스(110) 내부 공간에 수용된 셀 모듈(120)에 대한 고정 기능을 수행하게 된다. 특히, 발포 단열재(140)가 액상 우레탄을 이용하여 자영 발포하는 방식으로 셀 모듈 케이스(110) 내부 공간에 충진됨으로써, 셀 모듈 케이스(110)의 내부 공간에 빈 공간이 없이 발포 단열재(140)가 충진되어 단열 성능이 더욱 향상되며, 이에 따라 외부 환경 온도가 매우 낮게 형성되더라도 셀 모듈(120)의 온도는 상대적으로 일정하게 유지될 수 있다.
제 1 온도 센서(410)는 셀 모듈(120)을 이루는 다수개의 배터리 셀(121) 각각에 대한 온도를 측정하기 위한 것으로, 다수개의 배터리 셀(121) 각각에 장착된다.
배터리 팩 케이스(200)는 전술한 셀 모듈 조립체(100)를 내부 공간에 수용하기 위한 케이스로서, 직육면체 형상의 셀 모듈 조립체(100)에 대응하여 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 배터리 팩 케이스(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 수용 공간이 형성되며 전면 및 상면이 개방되는 배터리 팩 케이스 본체(210)와, 배터리 팩 케이스 본체(210)의 개방된 전면에 결합되는 전면 커버(230)와, 배터리 팩 케이스 본체(210)의 개방된 상면에 결합되는 상면 커버(220)로 분리 형성될 수 있다.
배터리 팩 케이스 본체(210)에는 셀 모듈(120)의 전원을 외부 기기에 공급할 수 있도록 별도의 출력 포트(250)가 형성될 수 있으며, 셀 모듈 조립체(100)로부터 외부로 인출되는 전선 케이블(W)은 전술한 바와 같이 출력 포트(250)에 연결된다. 또한, 배터리 팩 케이스(200)의 내주면과 셀 모듈 조립체(100)의 외주면 사이에 단열 챔버(C)가 형성되도록 배터리 팩 케이스 본체(210)의 내주면에는 셀 모듈 조립체(100)를 배터리 팩 케이스 본체(210)의 내주면과 이격된 상태로 고정하도록 내측 방향으로 돌출되는 돌출 가이드부(211)가 형성된다.
이러한 돌출 가이드부(211)에 의한 단열 챔버(C)가 배터리 팩 케이스(200) 내부 공간에 셀 모듈 조립체(100)를 감싸는 형태로 형성됨으로써, 셀 모듈 조립체(100)에 대한 단열 기능을 더욱 향상시킬 수 있어 외부 환경 온도가 변화하더라도 온도가 상대적으로 일정하게 유지될 수 있다.
배터리 팩 케이스(200)의 전면 커버(230)에는 배터리 팩을 운반 이동시킬 수 있도록 손잡이부(201)와, 셀 모듈(120)의 작동을 온/오프하는 작동 스위치(202)와, 셀 모듈(120)의 작동 상태를 표시하는 상태 표시등(203)이 형성될 수 있다. 또한, 배터리 팩 케이스(200)의 전면 커버(203)에는 배터리 팩을 실제 사용 기기, 예를 들면, 미사일, 로켓과 같은 방위 산업 제품에 장착 고정시킬 수 있도록 별도의 고정홈(204)이 형성될 수 있다.
또한, 배터리 팩 케이스(200)의 상면 커버(220)는 배터리 팩 케이스 본체(210)의 개방된 상면에 결합되는데, 이때, 상면 커버(220)의 내측에는 별도의 완충 부재(240)가 삽입 개재될 수 있다. 이를 통해 셀 모듈 조립체(100)에 전달되는 외부 충격을 흡수하여 셀 모듈 조립체(100)의 손상을 방지할 수 있다.
제어 보드(300)는 배터리 팩 케이스(200)의 내부 공간에 배치되어 제 1 온도 센서(410)에 의해 측정된 온도에 따라 셀 모듈 온열 패드(130)를 동작 제어한다. 이러한 제어 보드(300)에는 제어칩 등 다양한 칩 들이 실장되어 있으며, 이를 이용하여 셀 모듈 온열 패드(130)에 대한 전원 공급을 차단 및 차단 해제하여 셀 모듈 온열 패드(130)에 대한 동작을 제어한다. 또한, 셀 모듈 온열 패드(130)에 공급되는 전원의 크기를 조절하는 방식으로 셀 모듈 온열 패드(130)에 대한 동작 상태를 강약 단계로 조절할 수도 있다.
이러한 제어 보드(300)에는 전술한 바와 같이 셀 모듈(120)에 연결된 전선 케이블(W)이 셀 모듈 조립체(100)로부터 인출되어 연결되고, 이에 따라 제어 보드(300)는 셀 모듈(120)로부터 전원을 공급받아 작동하게 된다. 또한, 전선 케이블(W) 중 일부는 셀 모듈 온열 패드(130)에 다시 연결되는데, 이를 통해 제어 보드(300)를 통한 셀 모듈 온열 패드(130)의 동작 제어가 가능하다.
한편, 제어 보드(300)의 일면에는 도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제어 보드(300)를 가열할 수 있도록 전원을 공급받아 발열하는 보드 온열 패드(310)가 결합될 수 있다. 보드 온열 패드(310)의 양면에는 별도의 보호 패드(311)가 부착되며, 보드 온열 패드(310)는 보호 패드(311)를 사이에 두고 제어 보드(300)의 일면에 결합될 수 있다.
배터리 팩의 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우, 전술한 바와 같이 배터리 셀(121)의 효율이 급격히 떨어질 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는, 이를 방지하기 위해 셀 모듈 온열 패드(130)를 제어 보드(300)를 통해 동작 제어한다. 그러나, 이와 같이 배터리 팩의 사용 온도 조건이 매우 낮은 경우, 배터리 셀(121)의 효율 저하와는 별개로 제어 보드(300)의 작동 또한 원활하지 않아 셀 모듈 온열 패드(130)의 동작 제어가 불가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 제어 보드(300)의 일면에 별도의 보드 온열 패드(310)를 장착하고, 이를 통해 제어 보드(300)를 가열함으로써, 낮은 온도와 같은 열악한 환경에서도 제어 보드(300)의 동작이 원활하도록 할 수 있다.
또한, 셀 모듈 케이스(110)의 외부 공간인 배터리 팩 케이스(200) 내부에는 별도의 제 2 온도 센서(420)가 장착될 수 있으며, 제어 보드(300)는 이러한 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도에 따라 보드 온열 패드(310)를 동작 제어할 수 있다. 이러한 구조를 통해 제어 보드(300)가 위치한 배터리 팩 케이스(200) 내부 공간에 대한 온도를 제 2 온도 센서(420)를 통해 측정하여, 이를 기준으로 보드 온열 패드(310)에 대한 작동 상태를 동작 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 셀 모듈(120)을 이루는 다수개의 배터리 셀(121)에 대한 온도를 제 1 온도 센서(410)를 통해 측정하고, 제 1 온도 센서(410)에 의해 측정된 온도가 기준 온도 이하로 떨어지면, 제어 보드(300)를 통해 셀 모듈 온열 패드(130)를 작동시켜 배터리 셀(121)에 대한 온도를 항상 최적 온도 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 배터리 팩 케이스(200)의 내부 공간에 대한 온도를 제 2 온도 센서(420)를 통해 측정하고, 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도가 기준 온도 이하로 떨어지면, 제어 보드(300)를 통해 보드 온열 패드(310)를 작동시켜 제어 보드(300)의 환경 온도를 항상 일정 온도 상태로 유지시킬 수 있고, 이를 통해 셀 모듈 온열 패드(130)에 대한 동작 제어를 안정적으로 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 이 경우, 제어 보드(300)는 제 1 온도 센서(410) 및 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도를 비교하여 셀 모듈 온열 패드(130)의 작동 상태를 강약 조절할 수도 있다. 즉, 제어 보드(300)는 셀 모듈 온열 패드(130)에 공급되는 전원의 크기를 조절하여 셀 모듈 온열 패드(130)에 작동 상태를 강약 단계로 조절할 수 있는데, 제 1 온도 센서(410)에 의해 측정된 온도와 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도의 차이 및 각 측정 온도의 변화 상태 등을 고려하여 셀 모듈 온열 패드(130)의 작동 상태를 강약 단계로 조절할 수 있다.
예를 들면, 제 1 온도 센서(410)에 의해 측정된 온도가 기준 온도 이하이고, 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도가 기준 온도 이상이면, 셀 모듈 온열 패드(130)의 작동 상태를 상대적으로 약한 단계로 조절하고, 제 1 온도 센서(410) 및 제 2 온도 센서(420)에 의해 측정된 온도가 모두 기준 온도 이하이면, 셀 모듈 온열 패드(130)의 작동 상태를 상대적으로 강한 단계로 조절할 수 있다.
한편, 제어 보드(300)는 배터리 팩 케이스(200) 내부 공간에서 셀 모듈 조립체(100)와 이격되게 독립적으로 배치되는데, 배터리 팩 케이스(200)의 전면 커버(230)의 내주면에는 제어 보드(300)가 배터리 팩 케이스(200)의 전면 커버(230)로부터 이격되게 고정되도록 이격 돌기(231)가 형성될 수 있다. 이와 같이 제어 보드(300)가 배터리 팩 케이스(200)의 내주면으로부터 이격되게 위치함으로써, 제어 보드(300)에 대한 외부 열전도를 최소화할 수 있어 제어 보드(300)의 외부 환경에 의한 온도 저하를 최소화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 셀 모듈 조립체
110: 셀 모듈 케이스 120: 셀 모듈
130: 셀 모듈 온열 패드 140: 발포 단열재
200: 배터리 팩 케이스
300: 제어 보드
310: 보드 온열 패드
410: 제 1 온도 센서 420: 제 2 온도 센서

Claims (12)

  1. 다수개의 배터리 셀이 결합된 셀 모듈과, 상기 셀 모듈의 외측면 일부를 감싸며 전원을 공급받아 발열하는 셀 모듈 온열 패드와, 상기 셀 모듈이 상기 셀 모듈 온열 패드와 함께 내부 공간에 수용되는 셀 모듈 케이스를 포함하는 셀 모듈 조립체;
    다수개의 상기 배터리 셀에 각각 장착되는 제 1 온도 센서;
    상기 셀 모듈 조립체가 내부 공간에 수용되도록 형성되는 배터리 팩 케이스; 및
    상기 배터리 팩 케이스 내부 공간에 장착되며 상기 제 1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 셀 모듈 온열 패드를 동작 제어하도록 형성되는 제어 보드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에는 상기 셀 모듈과 상기 셀 모듈 온열 패드가 수용된 상태에서 빈 공간에 발포 단열재가 충진되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발포 단열재는 우레탄 폼으로 액상 상태에서 상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에서 발포되는 방식으로 상기 셀 모듈 케이스의 내부 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 셀 모듈은 직육면체 형태로 형성되고, 상기 셀 모듈 온열 패드는 상기 셀 모듈의 서로 대향되는 2개 측면이 외부 노출되도록 4개 측면을 감싸는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 셀 모듈 케이스의 일측에는 케이블 관통홀이 형성되고,
    상기 셀 모듈에 의해 발생한 전원을 상기 제어 보드로 공급할 수 있도록 상기 셀 모듈에 연결된 전선 케이블이 상기 케이블 관통홀을 통해 상기 셀 모듈 케이스의 외부로 인출되어 상기 제어 보드에 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀 모듈 온열 패드를 동작 제어할 수 있도록 상기 제어 보드로부터 별도의 전선 케이블이 상기 케이블 관통홀을 통해 상기 셀 모듈 케이스 내부로 인입되어 상기 셀 모듈 온열 패드에 연결되고,
    상기 셀 모듈 온열 패드는 상기 제어 보드 및 전선 케이블을 통해 상기 셀 모듈에 의해 발생한 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 보드의 일면에는 상기 제어 보드를 가열할 수 있도록 전원을 공급받아 발열하는 별도의 보드 온열 패드가 결합되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보드 온열 패드의 양면에는 별도의 보호 패드가 부착되며,
    상기 보드 온열 패드는 상기 보호 패드를 사이에 두고 상기 제어 보드의 일면에 결합되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 셀 모듈 케이스의 외부 공간인 상기 배터리 팩 케이스 내부에는 별도의 제 2 온도 센서가 장착되고,
    상기 제어 보드는 상기 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 보드 온열 패드를 동작 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 보드는 상기 제 1 온도 센서 및 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도를 비교하여 상기 셀 모듈 온열 패드의 작동 상태를 강약 조절할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 셀 모듈 조립체의 외주면과 상기 배터리 팩 케이스의 내주면 사이에 단열 챔버가 형성되도록 상기 배터리 팩 케이스의 내주면에는 상기 셀 모듈 조립체를 상기 배터리 팩 케이스의 내측면과 이격된 상태로 고정하도록 내측 방향으로 돌출되는 돌출 가이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 보드는 상기 배터리 팩 케이스 내부 공간에서 상기 셀 모듈 조립체와 이격되게 배치되며,
    상기 배터리 팩 케이스의 내주면 일측에는 상기 제어 보드가 상기 배터리 팩 케이스의 내주면 일측으로부터 이격되게 고정되도록 이격 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 기능을 갖는 배터리 팩.

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