KR20190012059A

KR20190012059A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20190012059A
Application number: KR1020170094949A
Authority: KR
Inventors: 박창욱; 양근주
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-08
Also published as: KR102389469B1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 중첩 형성된 배터리 모듈들에 열을 고르게 공급하거나 배출시키는 구조로 형성된 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

배터리 팩을 구성하는 단위전지로서의 리튬 이차전지는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.

또한, 상기 배터리 팩의 형태는 배터리 케이스의 형상에 따라 구분되는데, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 경우에는 원통형 배터리 팩 및 각형 배터리 팩으로 분류되고, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 경우에는 파우치형 배터리 팩으로 분류된다.

또한, 배터리 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 삽입된 분리막 구조로 이루어져 충/방전이 가능하고, 원통형 전극 조립체의 형태는 전극 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 권취한 젤리-롤형으로 형성된다.

이러한 원통형 배터리 팩의 종래의 형태는 도1을 들어 상세하게 설명한다.

도 1은 종래의 배터리 팩의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 종래의 배터리 팩은 원통형 배터리 셀이 복수개로 일 측은 양(+)극으로 형성되며 타 측은 음(-)극으로 형성되어 하나의 모듈을 구성하고, 이러한 모듈은 높이나 너비 사양에 따라 복수개가 적층된 형태로 형성되며 별도의 구성이 형성되지 않았다.

한편, 일반적으로 배터리 팩을 장시간 사용하는 경우, 배터리 팩에서는 열이 발생하게 되는데, 특히 이와 같이 적층된 대용량의 배터리 팩은 충전 또는 방전 시 전류량의 증가에 따라 더 많은 열을 수반하게 된다. 만약 이때 발생한 열이 충분히 제거되지 않으면 배터리 팩의 성능이 저하되거나, 나아가 발화 또는 폭발에 이르기도 한다.

또한, 배터리 팩의 충/방전은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로 저온에 민감한데, 배터리 팩이 저온 상태인 경우, 전해액의 점도는 높아져 내부저항이 증가되고 충/방전 시 이동하는 리튬의 이온의 움직임이 느려짐에 따라 실질적으로 사용 가능한 배터리 팩의 용량이 감소되는 문제가 발생하며, 배터리 팩의 수명이나 안정성, 구동 성능이 저하되는 문제가 발생된다.

따라서 배터리 팩의 내부를 일정한 온도 상태로 유지하는 방안이 필요하다.

KR

2016-0122444

A

본 발명은 다량의 배터리 팩 구동 중 발생되는 열을 감소시키고, 저온 시에는 배터리 팩에 열을 가하여 배터리 팩이 원할하게 구동될 수 있도록 효율적인 구조로 형성된 배터리 팩을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 상기 복수개의 배터리 모듈의 최상부에 구성되어 전체 배터리 팩의 내부를 보호하는 상부 케이스, 상기 상부 케이스의 하부에 위치하며 상기 복수개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 열을 전달하는 제1 상부 프레임, 상기 제1 배터리 모듈의 하부에 위치하는 제1 방열부품, 상기 제1 방열부품 하부에 위치하는 제1 하부 프레임, 상기 제1 하부 프레임 하부에 위치하는 발열부품, 상기 발열부품 하부에 위치하며 제2 배터리 모듈의 열을 전달하는 제2 상부 프레임, 상기 제2 상부 프레임 하부에 위치하는 제2 방열부품, 상기 제2 배터리 모듈의 하부에 위치하는 제2 하부 프레임 및 상기 제2 하부 프레임 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하부 패널을 포함하여 구성된다.

상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임은 높은 열전도성을 가진다.

상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부가 형성된다.

상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임에는 다른 프레임과의 물리적인 결합을 위한 체결공이 형성된다.

상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들의 음극이 각각 상기 제1 방열부품 및 제2 방열부품의 방향으로 배치되도록 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈이 배치된다.

상기 발열부품은 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하고,

상기 제1 방열부품 및 제2 방열부품은 패드, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용한다.

상기 발열부품 및 방열부품은 구동 제어될 수 있도록 BMS와 전기적으로 연결된다.

상기 방열부품은 상기 배터리 모듈에서 발생되는 열을 프레임으로 전달하여 외부로 방출시키는 방열 전달 경로를 형성한다.

상기 발열부품은 BMS를 통해 구동되어 발생된 열을 프레임을 통해 상기 배터리 모듈로 전달시키는 발열 전달 경로를 형성한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 일측에는 상부에 상부 프레임이 형성된 제1 배터리 모듈이 구성되고 타측에는 BMS가 구성되며, 제1 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부, 상기 제1 배터리 모듈부 하부에 위치하며 상부에는 제1 온도 조절부가 구성되고, 제2 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부, 상기 제2 배터리 모듈부의 하부에 위치하며 상부에는 상부 프레임이 구성되고, 제3 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제3 배터리 모듈부, 상기 제3 배터리 모듈부의 하부에 위치하며 상부에는 제2 온도 조절부가 구성되고, 제4 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제4 배터리 모듈부 및 상기 제4 배터리 모듈부 하부에 위치하여 배터리 팩의 열을 외부로 발산하는 하부 패널을 포함하여 구성된다.

상기 제1 온도 조절부 및 제2 온도 조절부는, 제1 배터리 모듈부 및 제3 배터리 모듈부의 하부에 각각 위치하는 제1 방열부품, 상기 제1 방열부품 하부에 위치하는 제1 프레임, 상기 제1 프레임 하부에 위치하는 발열부품, 상기 발열부품 하부에 위치하는 제2 프레임 및 상기 제2 프레임 하부에 위치하며 제2 배터리 모듈부 및 제4 배터리 모듈부의 상부에 각각 위치하는 제2 방열부품을 포함하여 구성된다.

상기 제1 프레임 및 제2 프레임은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부가 형성되며, 제3 배터리 모듈부에 형성된 제2 프레임은 배터리 모듈의 이탈을 방지하는 고정부가 추가로 포함하여 구성된다.

상기 하부 패널은 제1 프레임 및 제2 프레임과 동일한 소재로 형성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈이 적층된 사이에 방열부품, 프레임 및 발열부품을 위치시켜 열 전달이 빠르고 고르게 이루어질 수 있도록 함에 따라 배터리 팩의 성능 저하를 방지한다.

도 1은 종래의 배터리 팩의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 결합 구조도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 열 전달의 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 결합 구조도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 절단 구조도.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

<실시 예 1>

다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 방열부품, 전도성이 높은 프레임 및 발열부품을 결합함에 따라 효과적으로 열 전달이 이루어져 배터리 팩 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 결합 구조도이다.

도 2 및 도3을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 복수개의 배터리 모듈의 최상부에 구성되어 전체 배터리 팩의 내부를 보호하는 상부 케이스(110), 상부 케이스(110)의 하부에 위치하며 상기 복수개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈(130)의 열을 전달하는 제1 상부 프레임(120), 제1 배터리 모듈(130)의 하부에 위치하는 제1 방열부품(140), 제1 방열부품(140) 하부에 위치하는 제1 하부 프레임(120), 제1 하부 프레임(120) 하부에 위치하는 발열부품(150), 발열부품(120) 하부에 위치하며 제2 배터리 모듈(130)의 열을 전달하는 제2 상부 프레임(120), 제2 상부 프레임(120) 하부에 위치하는 제2 방열부품(140), 제2 배터리 모듈(130)의 하부에 위치하는 제2 하부 프레임(120) 및 제2 하부 프레임(120) 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하부 패널(160)를 포함하여 구성된다.

이러한 배터리 팩(100)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.

또한, 상기 상부 케이스(110)는 복수개의 배터리 모듈의 최상부에 구성되어 전체 배터리 팩의 내부를 보호하는 구성이며, 상기 하부 패널(160)는 배터리 팩 하단부를 형성하는 구성으로서, 서로 결합될 수 있도록 하부 패널(160)에는 상부 케이스와 결합되거나 외부 장치에 장착될 수 있는 결합공이 형성되어 있다.

또한, 상기 프레임(120)은 각 배터리 모듈(130)의 열을 전달하는 구성으로서, 높은 열전도 특징을 가진 소재로 구성될 수 있도록 한다. 일 실시 예로서, 알루미늄을 소재로 사용할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 프레임(120)은 다른 프레임과의 물리적인 결합을 위해 체결공을 형성하여 다른 배터리 모듈(130)과 열이 교류될 수 있도록 한다. 여기서 체결공뿐만 아니라 별도의 체결부 구조를 형성하여 다른 프레임과 결합될 수 있도록 한다.

또한, 상기 프레임(120)은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부(121)가 형성된다. 상기 전달부(121)는 각 프레임의 전달부(121)와 연결되는 구성으로 형성되어 전체 배터리 팩의 온도가 균일하게 형성될 수 있도록 한다.

또한, 상기 배터리 모듈(130)은 상단부 커버(131), 복수개의 배터리 셀(132) 및 하단부 커버(133)로 순차적으로 구성되며 배터리 셀의 상부면 및 하부면은 금속 패널로 접합되어 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

또한, 상기 상단부 커버(131) 및 하단부 커버(133)는 상호 결합할 수 있는 결합부 외에 다른 배터리 모듈과의 물리적인 연결을 수행하는 연결부도 형성된다.

상기 연결부는 한 쌍의 만입부와 융기부가 형성되어 있다. 즉, 상단부 커버(131)에 만입부가 형성되고, 하단부 커버(133)에 융기부가 형성되거나 상단부 커버(131)에 융기부가 형성되고, 하단부 커버(133)에 만입부가 형성된다.

또한, 상기 배터리 모듈(130)의 일측에는 다른 배터리 모듈(130)과 전기적으로 연결시키는 버스바가 추가로 형성된다.

또한, 방열부품(140)은 배터리 모듈의 상부 또는 하부에 위치하여 프레임을 통해 열이 바로 방출될 수 있도록 한다.

또한, 방열부품(140)은 패드, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러로 구성될 수 있으며, 방열부품(140)이 액체 쿨러 및 금속 쿨러로 구성된 경우, BMS와 전기적으로 연결되어 배터리 팩의 온도가 소정의 온도를 초과하면 BMS를 통해 구동될 수 있도록 한다. 만약 패드로 구성되는 경우, 일 실시 예로서, 실리콘 패드로 구성되어 절연성도 동시에 가질 수 있도록 하지만 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 발열부품(150)은 상부 케이스의 하부에 별도로 구비된 BMS와 전기적으로 연결되어 배터리 팩의 온도가 소정의 온도 이하인 경우, BMS를 통해 구동될 수 있도록 한다.

또한, 상기 발열부품(150)은 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터 등으로 구성되어 상기 BMS에 의하여 제어될 수 있도록 한다. 만약 패드로 구성되는 경우, 일 실시 예로서, Ni-Cr 선 또는 Cu-Ni 선을 이용한 패드로 구성될 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 배터리 모듈(130)에서 발생되는 열 및 상기 발열부품(150)에서 발생하는 열을 전달하는 과정을 도 4를 통해 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 열 전달의 개략도이다.

도 4를 참고하면, 도 4-(a)는 배터리 모듈(130)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 방열 전달 경로이고, 도 4-(b)는 히터에서 발생되는 열이 배터리 모듈(130)에 고루 퍼지는 발열 전달 경로이다.

우선, 상기 도4-(a)는 충/방전 배터리 셀(132)에서 많은 양의 열이 발생되는데, 이러한 열은 방열부품(140)을 통해 빠르게 빠져나간다.

이렇게 빠져나간 열은 프레임(120)을 통해 전달되는데, 프레임(120)은 전달부(121)를 통해 열이 배터리 팩의 바깥쪽으로 이동되어 외부로 방출될 수 있도록 한다.

우선, 상기 도4-(b)는 배터리 팩 내부의 온도가 소정온도 이하인 경우, BMS를 통해 발열부품(150)이 구동되는데, 발열부품(150)에서 발생되는 열은 프레임(120)을 통해 전달된다.

프레임(120)으로 전달된 열은 만약 방열부품(140) 양면으로 열 방출이 가능하다면, 이러한 방열부품(140)을 통해 빠르게 배터리 셀로 열이 공급된다.

또한, 다른 열은 상기 전달부(121)를 통해 배터리 모듈(130)의 외곽으로 이동하여 배터리 모듈(130)의 윗면 및 바닥면에 공급된다.

또한, 상기 배터리 모듈(130)에 구성된 배터리 셀은 상기 제1 방열부품(140) 및 제2 방열부품(140)의 방향으로 음극이 각각 배치되도록 구성되어 효과적으로 배터리 셀에서 발생되는 열이 감소될 수 있도록 한다. 이는 배터리 셀에서 발생되는 열의 양이 양극보다 음극에서 더 많이 발생됨에 따라 배터리 셀(132)의 음극이 방열부품(140)에 향하도록 위치한다.

<실시 예 2>

다음으로 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩은 복 수개의 배터리 모듈이 방열부품, 전도성이 높은 프레임 및 발열부품을 포함하여 다수개가 구성됨에 따라 다수의 배터리 모듈의 구조에서도 효과적으로 열 전달이 이루어져 개수에 상관없이 배터리 팩 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 결합 구조도이다.

도 5 및 도6을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(200)은 일측에는 상부에 상부 프레임(211)이 형성된 제1 배터리 모듈(212)이 구성되고 타측에는 BMS(213)가 구성되며, 제1 배터리 모듈(212)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부(210), 제1 배터리 모듈부(210) 하부에 위치하며 상부에는 제1 온도 조절부(221,222,223)가 구성되고, 제2 배터리 모듈(224)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부(220), 제2 배터리 모듈부(220)의 하부에 위치하며 상부에는 상부 프레임(231)이 구성되고, 제3 배터리 모듈(232)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제3 배터리 모듈부(230), 제3 배터리 모듈부(230)의 하부에 위치하며 상부에는 제2 온도 조절부(241,242,243)가 구성되어, 제4 배터리 모듈(244)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제4 배터리 모듈부(240) 및 제4 배터리 모듈부(240) 하부에 위치하여 배터리 팩의 열을 외부로 발산하는 하부 패널(250)를 포함하여 구성된다.

이러한 배터리 팩(200)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.

상기 제1 배터리 모듈부(210)는 일측 상부에 상부 프레임(211)이 형성된 제1 배터리 모듈(212)이 구성되고 타측은 BMS(213)가 구성되며, 제1 배터리 모듈(212)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된다.

상기 상부 프레임(211)은 상기 제1 배터리 모듈(212)이 구성된 부분에만 형성되어 하단에서 전달된 배터리 모듈들의 열이 외부로 방출될 수 있도록 하고, 제1 배터리 모듈(212) 내 셀들의 음극을 제1 온도 조절부(221,222,223)가 구성된 하측에 위치시킴에 따라 좀 더 효과적으로 열이 방출될 수 있도록 한다.

또한, 상기 BMS(213)는 전체 배터리 모듈들의 제어를 수행함에 따라 상단부에 위치될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제1 배터리 모듈부(210)는 상부 케이스가 형성되지만, 복수개로 형성되는 배터리 모듈의 개수 및 부착되는 장치에 따라 다양한 형태의 케이스가 형성되므로 이에 한정되어 표기하지 않는다.

상기 제2 배터리 모듈부(220)는 상기 제1 배터리 모듈부(210) 하부에 위치하며 상부에는 제1 온도 조절부(221,222,223)가 구성되고, 제2 배터리 모듈(224)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된다.

상기 제1 온도 조절부(221,222,223)는 상기 제1 배터리 모듈부(210)의 하부에 위치하는 제1 방열부품(221), 제1 방열부품(221) 하부에 위치하는 제1 프레임(222), 제1 프레임(222) 하부에 위치하는 발열부품(223), 발열부품(222) 하부에 위치하는 제2 프레임(222) 및 제2 프레임(222) 하부에 위치하며 제2 배터리 모듈(224)의 상부에 위치하는 제2 방열부품(221)을 포함하여 구성된다.

상기 제1 방열부품(221)은 상기 제1 배터리 모듈(212)이 구성된 부분에만 형성되어 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀들에 의해 발생된 열을 배터리 셀 밖으로 방출될 수 있도록 하고, 상기 제1 프레임(222)은 제1 배터리 모듈(212)의 하단에 위치하고 제2 프레임(222)은 제2 배터리 모듈(224)의 상단에 위치함에 따라 제1 배터리 모듈(212) 및 제2 배터리 모듈(224)에서 발생된 열을 외부로 배출시키거나 발열부품(223)에서 발생된 열을 전달한다.

또한, 상기 제1 프레임 및 제2 프레임(222)은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부가 형성된다.

또한, 상기 제2 배터리 모듈(224)에 구성된 배터리 셀들의 음극을 제1 온도 조절부(221,222,223)가 구성된 상측에 위치시킴에 따라 좀 더 효과적으로 열이 방출될 수 있도록 한다.

상기 제3 배터리 모듈부(230)는 상기 제2 배터리 모듈부(220)의 하부에 위치하며 상부에는 상부 프레임(231)이 구성되고, 제3 배터리 모듈(232)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된다.

상기 상부 프레임(232)은 배터리 모듈의 이탈을 방지하는 고정부가 형성되어 하단에서 전달된 제3 배터리 모듈(232)의 열을 외부로 방출시키며, 다수의 배터리 모듈들이 전체적으로 고정될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제3 배터리 모듈(232) 내 셀들의 음극을 제2 온도 조절부(241,242,243)가 구성된 하측에 위치시킴에 따라 좀 더 효과적으로 열이 방출될 수 있도록 한다.

상기 제4 배터리 모듈부(240)는 상기 제3 배터리 모듈부(230)의 하부에 위치하며 상부에는 제2 온도 조절부(241,242,243)가 구성되어, 배터리 모듈(244)에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된다.

상기 제2 온도 조절부(241,242,243)는 상기 제1 온도 조절부(221,222,223)와 동일한 구조로 형성된다.

상기 하부 패널(250)은 상기 제4 배터리 모듈부(240) 하부에 위치하여 전체 배터리 팩의 열을 외부로 발산하는 구성으로서, 전체 프레임들과 동일한 소재로 형성되어 추가의 상기 제4 배터리 모듈부(240) 하부에는 별도의 프레임을 구성하지 않고, 하부 패널(250)로 프레임의 열 전달 기능을 수행한다.

또한, 상기 배터리 팩에 구성된 배터리 셀들의 위치를 내부를 절단시켜 확대한 도7을 이용하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 내부 절단 구조도이다.

도 7은 제3 배터리 모듈부(230), 제4 배터리 모듈부(240) 및 하부 패널(250)의 구조를 나타내고 있으며, 도7을 참고하면, 각 배터리 셀의 음극은 제2 온도 조절부(241,242,243)를 향해 위치한다. 이는 배터리 셀의 음극에서의 발열량이 양극보다 큼에 따라 냉각 효율을 높이기 위함이다.

또한, 배터리 모듈부를 구성한 배터리 모듈은 복수개의 모듈로 구성되어 모듈부를 형성하거나 하나의 모듈로 구성되어 모듈부를 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.

100: 배터리 팩
110: 상부 커버
120: 프레임
121: 전달부
130: 배터리 모듈
131: 상단부 커버
132: 배터리 셀
133: 하단부 커버
140: 방열부품
150: 발열부품
160: 하부 커버
200: 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩
210: 제1 배터리 모듈부
211: 상부 프레임
212: 제1 배터리 모듈
213: BMS
220: 제2 배터리 모듈부
221: 제1 방열부품
222: 제1 프레임
223: 발열부품
224: 제2 배터리 모듈
230: 제3 배터리 모듈부
231: 상부 프레임
232: 제3 배터리 모듈
240: 제4 배터리 모듈부
241: 제1 방열부품
242: 제1 프레임
243: 발열부품
244: 제2 배터리 모듈
250: 하부 패널

Claims

복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
상기 복수개의 배터리 모듈의 최상부에 구성되어 전체 배터리 팩의 내부를 보호하는 상부 케이스;
상기 상부 케이스의 하부에 위치하며 상기 복수개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 열을 전달하는 제1 상부 프레임;
상기 제1 배터리 모듈의 하부에 위치하는 제1 방열부품;
상기 제1 방열부품 하부에 위치하는 제1 하부 프레임;
상기 제1 하부 프레임 하부에 위치하는 발열부품;
상기 발열부품 하부에 위치하며 상기 복수개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 열을 전달하는 제2 상부 프레임;
상기 제2 상부 프레임 하부에 위치하는 제2 방열부품;
상기 제2 배터리 모듈의 하부에 위치하는 제2 하부 프레임; 및
상기 제2 하부 프레임 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하부 패널;
을 포함하여 구성되는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임은 높은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 상부 프레임, 제1 하부 프레임, 제2 상부 프레임 및 제2 하부 프레임에는 다른 프레임과의 물리적인 결합을 위한 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들의 음극이 각각 상기 제1 방열부품 및 제2 방열부품의 방향으로 배치되도록 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 발열부품은 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하고,
상기 제1 방열부품 및 제2 방열부품은 패드, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 5 및 6에 있어서,
상기 발열부품 및 방열부품은 구동 제어될 수 있도록 BMS와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 방열부품은 상기 배터리 모듈에서 발생되는 열을 프레임으로 전달하여 외부로 방출시키는 방열 전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 발열부품은 BMS를 통해 구동되어 발생된 열을 프레임을 통해 상기 배터리 모듈로 전달시키는 발열 전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
일측에는 상부에 상부 프레임이 형성된 제1 배터리 모듈이 구성되고 타측에는 BMS가 구성되며, 제1 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부;
상기 제1 배터리 모듈부 하부에 위치하며 상부에는 제1 온도 조절부가 구성되고, 제2 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부;
상기 제2 배터리 모듈부의 하부에 위치하며 상부에는 상부 프레임이 구성되고, 제3 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 양(+)극은 상측에 위치하고 음(-)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제3 배터리 모듈부;
상기 제3 배터리 모듈부의 하부에 위치하며 상부에는 제2 온도 조절부가 구성되고, 제4 배터리 모듈에 구성된 복수개의 배터리 셀의 음(-)극은 상측에 위치하고 양(+)극은 하측에 위치하는 구조로 형성된 제4 배터리 모듈부; 및
상기 제4 배터리 모듈부 하부에 위치하여 배터리 팩의 열을 외부로 발산하는 하부 패널;
을 포함하여 구성되는 배터리 팩.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 온도 조절부 및 제2 온도 조절부는,
제1 배터리 모듈부 및 제3 배터리 모듈부의 하부에 각각 위치하는 제1 방열부품;
상기 제1 방열부품 하부에 위치하는 제1 프레임;
상기 제1 프레임 하부에 위치하는 발열부품;
상기 발열부품 하부에 위치하는 제2 프레임; 및
상기 제2 프레임 하부에 위치하며 제2 배터리 모듈부 및 제4 배터리 모듈부의 상부에 각각 위치하는 제2 방열부품;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 프레임 및 제2 프레임은 판상형 형태로 형성되어 각 모서리 끝단에는 다른 배터리 모듈과의 열을 전달시키는 전달부가 형성되며, 제3 배터리 모듈부에 형성된 제2 프레임은 배터리 모듈의 이탈을 방지하는 고정부가 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 10에 있어서,
상기 하부 패널은 제1 프레임 및 제2 프레임과 동일한 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.