KR20210132398A - Battery pack and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지 팩 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 냉각 성능이 향상된 전지 팩 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack and a control method thereof, and more particularly, to a battery pack having improved cooling performance and a control method therefor.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.In modern society, as portable devices such as mobile phones, laptops, camcorders, and digital cameras are used in daily life, the development of technologies related to mobile devices as described above is being actively developed. In addition, a rechargeable battery capable of charging and discharging is a method to solve air pollution such as conventional gasoline vehicles using fossil fuels, and electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV) is being used as a power source, and the need for the development of secondary batteries is increasing.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free and easy. , the self-discharge rate is very low and the energy density is high.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively applied with a separator interposed therebetween, and a battery case in which the electrode assembly is sealed and accommodated together with an electrolyte.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.In general, a lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet according to the shape of the exterior material.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.In the case of a secondary battery used in small devices, 2-3 battery cells are disposed, but in the case of a secondary battery used in a medium or large device such as an automobile, a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected this is used In such a battery module, a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other to form a battery cell stack, thereby improving capacity and output. In addition, one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지 셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지 셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지 셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.In the case of the secondary battery, when the temperature is higher than an appropriate temperature, the performance of the secondary battery may be deteriorated, and in severe cases, there is a risk of explosion or ignition. In particular, a plurality of secondary batteries, that is, a battery module or a battery pack including battery cells, may have a higher temperature more rapidly and more severely because heat emitted from the plurality of battery cells is added up in a narrow space. In other words, in the case of a battery module in which a plurality of battery cells are stacked and a battery pack equipped with such a battery module, high output can be obtained, but it is not easy to remove heat generated from the battery cells during charging and discharging. If the heat dissipation of the battery cell is not performed properly, the deterioration of the battery cell is accelerated, the lifespan is shortened, and the possibility of explosion or ignition increases.
더욱이, 차량용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여질 수 있다.Moreover, in the case of a battery module included in a vehicle battery pack, it may be frequently exposed to direct sunlight, and may be subjected to high temperature conditions such as summer or desert areas.
따라서, 전지 모듈이나 전지 팩을 구성하는 경우, 안정적이면서도 효과적인 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.Therefore, when configuring the battery module or battery pack, it can be said that it is very important to secure a stable and effective cooling performance.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 특히 도 2는 전지 모듈 아래에 위치한 열전달 부재 및 히트 싱크를 추가로 도시하였다.1 is a perspective view of a conventional battery module, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 . In particular, FIG. 2 further illustrates a heat transfer member and a heat sink positioned under the battery module.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 전지셀 적층체(20)를 형성하고, 전지셀 적층체(20)는 모듈 프레임(30)에 수납된다.1 and 2 , in the
앞서 설명한대로, 복수의 전지셀(11)을 포함하기 때문에 전지 모듈(10)은 충, 방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 냉각 수단으로써, 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(20)와 모듈 프레임(30)의 바닥부(31) 사이에 위치한 열전도성 수지층(40)을 포함할 수 있다. 또한, 전지 모듈(10)이 팩 프레임에 장착되어 전지 팩을 형성할 때, 전지 모듈(10) 아래에 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)가 차례로 위치할 수 있다. 열전달 부재(50)는 방열 패드일 수 있으며, 히트 싱크(60)는 내부에 냉매 유로가 형성될 수 있다.As described above, since it includes a plurality of
전지셀(11)로부터 발생한 열이, 열전도성 수지층(40), 모듈 프레임(30)의 바닥부(31), 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)를 차례로 거쳐 전지 모듈(10)의 외부로 전달된다.Heat generated from the
그런데, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 상기와 같이 열 전달 경로가 복잡하여, 전지셀(11)로부터 발생한 열이 효과적으로 전달되기 어렵다. 모듈 프레임(30) 자체가 열 전도 특성을 저하시킬 수 있고, 모듈 프레임(30), 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60) 각각의 사이에 형성될 수 있는 에어 갭(Air gap) 등의 미세한 공기층도 열전도 특성을 저하시키는 요인이 될 수 있다. However, in the case of the
전지 모듈에 대해서는 소형화나 용량 증대와 같은 다른 요구도 계속되고 있으므로, 냉각 성능은 높이면서도 이러한 다양한 요구사항을 함께 만족할 수 있는 전지 모듈을 개발하는 것이 실질적으로 필요하다고 할 수 있다.Since other demands such as miniaturization and capacity increase are continuing for battery modules, it is practically necessary to develop a battery module that can satisfy these various requirements while improving cooling performance.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능이 향상된 전지 팩 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a battery pack having improved cooling performance and a method for controlling the same.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임의 바닥부에 형성된 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크에 냉매를 공급 및 상기 히트 싱크로부터 냉매를 배출하는 냉각 포트를 각각 포함하는 복수의 전지 모듈; 상기 냉각 포트와 연결된 팩 냉매관; 및 상기 냉각 포트와 상기 팩 냉매관을 연결하는 연결 포트를 포함하고, 상기 연결 포트에는 온도 센서가 결합되어 있다.A battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack, a heat sink formed on a bottom of the module frame, and the heat a plurality of battery modules each including a cooling port for supplying a refrigerant to the sink and discharging the refrigerant from the heat sink; a pack refrigerant pipe connected to the cooling port; and a connection port for connecting the cooling port and the pack refrigerant pipe, wherein a temperature sensor is coupled to the connection port.
상기 냉각 포트는 냉매 주입 포트와 냉매 배출 포트를 포함하고, 상기 팩 냉매관은 상기 냉매 주입 포트에 연결된 팩 냉매 공급관과 상기 냉매 배출 포트에 연결된 팩 냉매 배출관을 포함하고, 상기 연결 포트는, 상기 냉매 주입 포트와 상기 팩 냉매 공급관 사이 및 상기 냉매 배출 포트와 상기 팩 냉매 배출관 사이를 각각 연결할 수 있다.The cooling port includes a refrigerant injection port and a refrigerant discharge port, the pack refrigerant pipe includes a pack refrigerant supply pipe connected to the refrigerant injection port and a pack refrigerant discharge pipe connected to the refrigerant discharge port, the connection port is the refrigerant Between the injection port and the pack refrigerant supply pipe and between the refrigerant discharge port and the pack refrigerant discharge pipe may be respectively connected.
상기 연결 포트는, 상기 냉각 포트와 결합하는 냉각 포트 결합부; 상기 팩 냉매관과 결합하는 팩 냉매관 결합부; 및 상기 온도 센서가 삽입되는 온도 센서 삽입부를 포함할 수 있다.The connection port may include a cooling port coupling unit coupled to the cooling port; a pack refrigerant pipe coupling unit coupled to the pack refrigerant pipe; and a temperature sensor insertion unit into which the temperature sensor is inserted.
상기 팩 냉매관 결합부는 상기 연결 포트의 적어도 일측에 돌출 형성되고, 상기 팩 냉매관은 상기 팩 냉매관 결합부에 끼움 결합될 수 있다.The pack refrigerant pipe coupling portion is formed to protrude from at least one side of the connection port, the pack refrigerant pipe may be fitted to the pack refrigerant pipe coupling portion.
상기 팩 냉매관은 메인 팩 냉매관 및 서브 팩 냉매관을 포함하고, 상기 팩 냉매관 결합부는 상기 연결 포트의 양측에 각각 형성되며, 상기 메인 팩 냉매관은 상기 연결 포트의 일측에 형성된 상기 팩 냉매관 결합부와 결합하고, 상기 서브 팩 냉매관은 상기 연결 포트의 타측에 형성된 상기 팩 냉매관 결합부와 결합할 수 있다.The pack refrigerant pipe includes a main pack refrigerant pipe and a sub pack refrigerant pipe, the pack refrigerant pipe coupling portions are respectively formed on both sides of the connection port, and the main pack refrigerant pipe is the pack refrigerant formed on one side of the connection port It may be coupled to a pipe coupling part, and the sub-pack refrigerant pipe may be coupled to the pack refrigerant pipe coupling part formed on the other side of the connection port.
상기 냉각 포트 결합부는 상기 연결 포트의 하측에 형성되고, 상기 냉각 포트 결합부의 하측에 위치한 냉각 포트와 결합할 수 있다.The cooling port coupling portion may be formed on a lower side of the connection port, and may be coupled to a cooling port located under the cooling port coupling portion.
상기 온도 센서 삽입부는 상기 연결 포트의 상측에 형성되고, 상기 온도 센서는 상기 온도 센서 삽입부를 통해 상측에서 하측으로 삽입 결합될 수 있다.The temperature sensor insertion part may be formed on the upper side of the connection port, and the temperature sensor may be inserted and coupled from the top side to the bottom side through the temperature sensor insertion part.
상기 냉각 포트 결합부와 상기 팩 냉매관 결합부에는 실링 부재가 형성될 수 있다.A sealing member may be formed at the cooling port coupling part and the pack refrigerant pipe coupling part.
상기 온도 센서는 상기 팩 냉매관과 상기 냉각 포트의 연결 통로상에 위치할 수 있다.The temperature sensor may be located on a connection passage between the pack refrigerant pipe and the cooling port.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 제어 방법은, 복수의 전지 모듈에 형성된 냉매 주입 포트 및 냉매 배출 포트와 연결된 온도 센서를 통해 히트 싱크로 공급되는 냉매와 상기 히트 싱크로부터 배출되는 상기 냉매의 온도차를 측정하는 단계; 및 상기 냉매의 온도차가 증가할 경우, 상기 냉매의 유량을 증가시키고, 상기 냉매의 온도차가 감소할 경우, 상기 냉매의 유량을 감소시키는 단계를 포함한다.A method of controlling a battery pack according to another embodiment of the present invention provides a method for controlling a battery pack comprising a refrigerant supplied to a heat sink through a temperature sensor connected to a refrigerant injection port and a refrigerant discharge port formed in a plurality of battery modules and the refrigerant discharged from the heat sink. measuring the temperature difference; and increasing the flow rate of the refrigerant when the temperature difference of the refrigerant increases, and decreasing the flow rate of the refrigerant when the temperature difference of the refrigerant decreases.
상기 냉매의 온도차를 측정하는 단계에서, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도를 BMS(Battery Management System)에서 감지할 수 있다.In the step of measuring the temperature difference of the refrigerant, the temperature measured through the temperature sensor may be detected in a battery management system (BMS).
상기 냉매의 온도차가 증가 또는 감소할 경우, BMS에서 증가 또는 감소된 온도차와 대응되도록 냉매의 유량을 조절할 수 있다.When the temperature difference of the refrigerant increases or decreases, the flow rate of the refrigerant may be adjusted to correspond to the increased or decreased temperature difference in the BMS.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기 전지 팩을 포함한다.A device according to another embodiment of the present invention includes the battery pack.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 모듈 마다 개별적인 온도 측정을 통해 냉각 성능이 강화된 전지 팩을 제공한다.According to embodiments of the present invention, there is provided a battery pack with enhanced cooling performance through individual temperature measurement for each battery module.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈을 z축 방향을 따라 전지 모듈의 아래에서 위로 바라본 사시도이다.
도 6은 비교예로, 메인 인렛부에만 형성된 온도 센서의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 포트와 냉각 포트의 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 10은 도 7의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 9의 B 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서, 연결 포트 및 팩 냉매관의 결합관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 분해 사시도이다.
도 13은 도 12의 절단선 C-C'를 따라 자른 단면도로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서의 위치를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a perspective view of a conventional battery module.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 .
3 is a perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 3 .
5 is a perspective view of the battery module of FIG. 3 as viewed from the bottom of the battery module along the z-axis direction.
6 is a view showing a state of a temperature sensor formed only in the main inlet portion as a comparative example.
7 is a plan view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
9 is an exploded perspective view illustrating a connection port and a cooling port according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 7 .
11 is a diagram showing a coupling relationship between a temperature sensor, a connection port, and a pack refrigerant pipe according to an embodiment of the present invention, as part B of FIG. 9 .
12 is an exploded perspective view of FIG. 11 ;
13 is a cross-sectional view taken along the cutting line C-C' of FIG. 12, and is a view showing a position of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
14 is a flowchart illustrating a method for controlling a battery pack according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference portion means to be located above or below the reference portion, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to gravity no.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈을 z축 방향을 따라 전지 모듈의 아래에서 위로 바라본 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention. 4 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 3 . 5 is a perspective view of the battery module of FIG. 3 viewed from the bottom of the battery module along the z-axis direction.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200), 및 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 아래에 위치하는 히트 싱크(300)를 포함한다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 히트 싱크(300)의 상부 플레이트를 구성하며, 히트 싱크(300)의 함몰부(340)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 냉매 유로를 형성한다.3 and 4 , the
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시티의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 형성될 수 있다. 이때, 전지셀(110)은 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다.First, the
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다.The
전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200)은 상부 커버(220) 및 U자형 프레임(210)을 포함할 수 있다. The
U자형 프레임(210)은 바닥부(210a) 및 바닥부(210a)의 양 단부에서 상향 연장된 2개의 측면부(210b)를 포함할 수 있다. 바닥부(210a)는 전지셀 적층체(120)의 하면을 커버할 수 있고, 측면부(210b)는 전지셀 적층체(120)의 양 측면을 커버할 수 있다.The
상부 커버(220)는 U자형 프레임(210)에 의해 감싸지는 상기 하면 및 상기 양 측면을 제외한 나머지 상면(z축 방향)을 감싸는 하나의 판상형 구조로 형성될 수 있다. 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)을 통해 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)은 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다.The
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 변형예에 따른 모듈 프레임(200)은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모노 프레임일 수 있다. 즉, U자형 프레임(210)과 상부 커버(220)가 상호 결합되는 구조가 아니라, 압출 성형으로 제조되어 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 구조일 수 있다.Meanwhile, although not specifically illustrated, the
엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 서로 대응하는 양측(y축 방향)에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성될 수 있다. 이러한 엔드 플레이트(400)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(120) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.The
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(400) 사이에는 버스바가 장착되는 버스바 프레임 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등의 위치할 수 있다.Meanwhile, although not specifically illustrated, a bus bar frame on which a bus bar is mounted and an insulating cover for electrical insulation may be positioned between the
본 실시예에 따른 모듈 프레임(200)은, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 연장되어 엔드 플레이트(400)를 지나도록 형성된 모듈 프레임 돌출부(211)를 포함한다. 이때, 모듈 프레임 돌출부(211)의 상면부와 연결되는 냉각 포트(500)에 의해 유입 및 배출되는 냉매가, 모듈 프레임 돌출부(211)를 통해 히트 싱크(300)로 공급 및 히트 싱크(300)로부터 배출될 수 있다. 본 실시예에 따른 냉각 포트(500)는 냉매 주입 포트(510)와 냉매 배출 포트(520)를 포함하고, 냉매 주입 포트(510)와 냉매 배출 포트(520)는 후술하는 팩 냉매 공급관 및 팩 냉매 배출관과 각각 연결될 수 있다. 모듈 프레임 돌출부(211)는 모듈 프레임(200) 일측에서 제1 모듈 프레임 돌출부와 제2 모듈 프레임 돌출부를 포함하고, 냉매 주입 포트(510)는 상기 제1 모듈 프레임 돌출부 상에 배치되고, 냉매 배출 포트(520)는 상기 제2 모듈 프레임 돌출부 상에 배치될 수 있다.The
본 실시예에 따른 히트 싱크(300)의 하부 플레이트(310)에는 돌출 패턴(340D)이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)와 같이 적층되는 전지셀의 개수가 종래 대비 많이 늘어나는 대면적 전지 모듈의 경우, 냉매 유로의 폭이 더 넓게 형성될 수 있어 온도 편차가 더 심할 수 있다. 대면적 전지 모듈에서는, 기존에 하나의 전지 모듈 내에 대략 12개 내지 24개의 전지셀이 적층된 경우 대비하여 대략 32개 내지 48개의 전지셀이 하나의 전지 모듈 내에 적층되어 있는 경우를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 본 실시예에 따른 돌출 패턴(340D)은 냉각 유로의 폭을 실질적으로 축소시키는 효과를 발생시켜 압력 강하를 최소화하고 동시에 냉매 유로 폭 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 균일한 냉각 효과를 구현할 수 있다.A
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여 본 실시예에 따른 히트 싱크에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the heat sink according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 .
도 4 및 도 5를 참고하면, 상술한 바 대로, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 히트 싱크(300)의 상부 플레이트를 구성하며, 히트 싱크(300)의 함몰부(340)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 냉매의 유로를 형성한다.4 and 5 , as described above, the bottom portion 210a of the
구체적으로, 히트 싱크(300)는 모듈 프레임(200)의 하부에 형성되고, 히트 싱크(300)는, 히트 싱크(300)의 골격을 형성하고, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 용접 등으로 직접 결합하는 하부 플레이트(310), 히트 싱크(300)의 일측에 형성되어 외부로부터 히트 싱크(300) 내부로 냉매를 공급하는 인렛(320), 히트 싱크(300)의 일측에 형성되어 히트 싱크(300) 내부에서 유동된 냉매가 히트 싱크(300) 외부로 배출되도록 하는 아웃렛(330), 및 인렛(320)과 아웃렛(330)을 연결하고 냉매가 유동하는 경로인 함몰부(340)를 포함할 수 있다. 인렛(320)과 아웃렛(330)은, 모듈 프레임 돌출부(211)의 하면부와 연결되도록, 모듈 프레임 돌출부(211)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이를 위해, 인렛(320)과 아웃렛(330)은 히트 싱크(300)의 일 변으로부터 모듈 프레임 돌출부(211)가 위치한 부분으로 돌출된 히트 싱크 돌출부(300P)에 형성될 수 있다. 히트 싱크 돌출부(300P)와 모듈 프레임 돌출부(211)는 서로 용접 등의 방법으로 직접 결합될 수 있다.Specifically, the
히트 싱크(300)의 함몰부(340)는, 하부 플레이트(310)가 하측으로 함몰 형성된 부분에 해당한다. 함몰부(340)는 냉매 유로가 뻗는 방향 기준으로 수직하게 xy평면으로 자른 단면이 U자형 관일 수 있으며, 상기 U자형 관의 개방된 상측에 바닥부(210a)가 위치할 수 있다. 히트 싱크(300)가 바닥부(210a)와 접하면서, 함몰부(340)와 바닥부(210a) 사이의 공간이 냉매가 유동하는 영역, 즉 냉매의 유로가 된다. 이에 따라, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 상기 냉매와 직접 접촉할 수 있다. The recessed
히트 싱크(300)의 함몰부(340)의 제조 방법에 특별한 제한은 없으나, 판상형의 히트 싱크(300)에 대해 함몰 형성된 구조를 마련함으로써, 상측이 개방된 U자형 함몰부(340)를 형성할 수 있다.There is no particular limitation on the manufacturing method of the recessed
한편, 도시하지는 않았지만, 도 4의 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 전지셀 적층체(120) 사이에 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함하는 열전도성 수지층이 위치할 수 있다. 상기 열전도성 수지층은 열전도성 수지(Thermal resin)를 바닥부(210a)에 도포하고, 도포된 열전도성 수지가 경화되어 형성될 수 있다.Meanwhile, although not shown, a thermally conductive resin layer including a thermally conductive resin may be positioned between the bottom 210a of the
상기 열전도성 수지는 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 수지는, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 적층체(120)를 구성하는 하나 이상의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속히 전지 모듈의 하측으로 전달할 수 있다.The thermally conductive resin may include a thermally conductive adhesive material, and specifically, may include at least one of a silicone material, a urethane material, and an acrylic material. The thermally conductive resin may serve to fix one or
도 2에 도시된 종래의 전지 모듈(10)은 전지셀(11)에서 발생한 열이 열전도성 수지층(40), 모듈 프레임(30)의 바닥부(31), 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)의 냉매를 차례로 거쳐 전지 모듈(10)의 외부로 전달된다. 또한 히트 싱크(60)의 냉매의 유로는 히트 싱크(60) 내부에 위치한다.In the
반면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(200)과 히트 싱크(300)의 냉각 일체형 구조를 구현하여, 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 히트 싱크(300)의 상부 플레이트에 대응하는 역할을 함으로써 냉각 일체형 구조를 구현할 수 있다. 직접 냉각에 따른 냉각 효율이 상승하고, 히트 싱크(300)가 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 일체화된 구조를 통해 전지 모듈 및 전지 모듈이 장착된 전지 팩 상의 공간 활용률을 보다 향상시킬 수 있다.On the other hand, the
구체적으로, 전지셀(110)에서 발생한 열이 전지셀 적층체(120)와 바닥부(210a) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(미도시), 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a), 냉매를 거쳐 전지 모듈(100)의 외부로 전달될 수 있다. 종래의 불필요한 냉각 구조를 제거함으로써, 열전달 경로가 단순화되고, 각 층 사이의 에어 갭을 줄일 수 있기 때문에 냉각 효율이나 성능이 증대될 수 있다. 특히, 바닥부(210a)가 히트 싱크(300)의 상부 플레이트로 구성되어, 바닥부(210a)가 바로 냉매와 맞닿기 때문에 냉매를 통한 보다 직접적인 냉각이 가능한 장점이 있다. 종래에는 도 2에 도시한 것처럼 바닥부(31)와 냉매 사이에 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)의 상부 구성이 위치하여 냉각 효율이 떨어지는 것과 비교될 수 있다.Specifically, the heat generated in the
또한, 불필요한 냉각 구조의 제거를 통해 전지 모듈(100)의 높이가 감소하여, 원가 절감이 가능하고, 공간 활용도를 높일 수 있다. 나아가, 전지 모듈(100)이 콤팩트하게 배치될 수 있으므로, 전지 모듈(100)을 다수 포함하는 전지 팩의 용량이나 출력을 증대시킬 수 있다.In addition, the height of the
한편, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 히트 싱크(300) 중 함몰부(340)가 형성되지 않은 하부 플레이트(310) 부분과 용접을 통해 접합될 수 있다. 본 실시예는, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 히트 싱크(300)의 냉각 일체형 구조를 통해, 상술한 냉각 성능 향상뿐만 아니라 모듈 프레임(200)에 수용된 전지셀 적층체(120)의 하중을 지지하고 전지 모듈(100)의 강성을 보강하는 효과를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 하부 플레이트(310)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 용접 결합 등을 통해 밀봉됨으로써, 하부 플레이트(310) 내측에 형성된 함몰부(340)에서 냉매가 누설 없이 유동할 수 있다.Meanwhile, the bottom portion 210a of the
효과적인 냉각을 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 대응하는 전 영역에 걸쳐 함몰부(340)가 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 함몰부(340)는 적어도 한번 구부러져 일측에서 타측으로 이어질 수 있다. 특히, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 대응하는 전 영역에 걸쳐 함몰부(340)가 형성되기 위해 함몰부(340)는 수차례 구부러지는 것이 바람직하다.For effective cooling, as shown in FIG. 5 , it is preferable that the recessed
후술하는 팩 냉매 공급관으로부터 인렛(320)을 통해 냉매가 바닥부(210a)와 함몰부(340) 사이로 유입되고, 유입된 냉매가 냉매 유로를 따라 이동한 후 아웃렛(330)을 통해 팩 냉매 배출관으로 배출될 수 있다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 대응하는 전 영역에 걸쳐 형성된 냉매 유로의 시작점에서 종료점까지 냉매가 이동함에 따라, 전지셀 적층체(120)의 전 영역에 대한 효율적인 냉각이 이루어질 수 있다. Refrigerant flows into between the bottom part 210a and the recessed
한편, 상기 냉매는 냉각을 위한 매개물로써, 특별한 제한은 없으나, 냉각수일 수 있다.Meanwhile, the refrigerant is a medium for cooling, and there is no particular limitation, but may be cooling water.
이하, 도 7 내지 도 9를 주로 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서가 배치된 전지 팩의 구조에 대해 도 6의 비교예와 대비하여 설명한다.Hereinafter, the structure of the battery pack in which the temperature sensor is disposed according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9 in comparison with the comparative example of FIG. 6 .
도 6은 비교예로, 메인 인렛부에만 형성된 온도 센서의 모습을 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 평면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 포트와 냉각 포트의 모습을 나타낸 분해 사시도이다.6 is a view showing a state of a temperature sensor formed only in a main inlet part as a comparative example. 7 is a plan view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention. 8 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention. 9 is an exploded perspective view illustrating a connection port and a cooling port according to an embodiment of the present invention.
도 4, 도 5 및 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지 모듈(100), 냉각 포트(500)와 연결된 팩 냉매관(600) 및 냉각 포트(500)와 팩 냉매관(600)을 연결하는 연결 포트(700)를 포함한다. 본 실시예에 다르면, 전지 팩은 연결 포트(700)에 결합되어 있는 온도 센서(800)를 더 포함한다.4, 5 and 7 to 9 , the battery pack according to the present embodiment includes a plurality of
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩에 포함된 복수의 전지 모듈(100)은 전지셀이 적층되는 방향으로 2열 배치되고, 전지셀이 적층되는 방향에 수직한 방향으로 서로 마주보는 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈을 포함한다. 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈은 도 7에서 좌우로 서로 이격되어 있는 전지 모듈(100)을 가리킬 수 있다. 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈 사이에 팩 냉매관(600)이 배치될 수 있다.7 and 8 , the plurality of
본 실시예에서, 팩 냉매관(600)은 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이에 배치된다. 팩 냉매관(600)이 배치된 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이의 공간에는, 도 9에 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 각각에 형성된 냉각 포트(500)가 모두 배치될 수 있다. 이때, 서로 이웃하는 전지 모듈(100)들 중 하나의 전지 모듈에 형성된 냉매 주입 포트(510)와 다른 하나의 전지 모듈(100)에 형성된 냉매 배출 포트(520)가 서로 마주보면서 배치될 수 있다.In this embodiment, the pack
도 7 및 도 8을 참고하면, 팩 냉매 공급관(610)과 팩 냉매 배출관(620)은 서로 교차하면서 뻗을 수 있다. 이러한 팩 냉매관(600) 배치 구조를 가짐으로써, 전지 팩 내에 복수의 전지 모듈(100)과 냉각 구조의 일체형 구조를 구현하면서 공간 활용률을 높이면서 동시에 냉각 효율도 향상시킬 수 있다. 상기와 같은 팩 냉매관(600) 배치 구조를 가질 수 있도록, 팩 냉매 공급관(610)의 높이와 팩 냉매 배출관(620)의 높이는 서로 다를 수 있다. 팩 냉매 공급관(610)의 높이와 팩 냉매 배출관(620)의 높이가 서로 다른 부분은 일부일 수 있다.7 and 8 , the pack
도 8을 참조하면, 팩 냉매관(600)은 메인 팩 냉매관(601) 및 서브 팩 냉매관(602)을 포함할 수 있다. 메인 팩 냉매관(601)은 전지 팩의 외측에 형성된 인렛 및 아웃렛과 연결되어 전지 모듈(100)의 냉각 포트(500)들이 위치한 부분까지 연장 형성될 수 있다. 서브 팩 냉매관(602)은 메인 팩 냉매관(601)과 연결되고, 메인 팩 냉매관(601)으로부터 공급된 냉매를 냉각 포트(500)로 안내하거나, 냉각 포트(500)를 통해 배출된 냉매를 메인 팩 냉매관(601)으로 안내할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the pack
도 7 내지 도 9를 참조하면, 연결 포트(700)는 냉각 포트(500)와 팩 냉매관(600)을 연결한다. 보다 상세하게는, 냉각 포트(500)는 냉매 주입 포트(510)와 냉매 배출 포트(520)를 포함하고, 팩 냉매관(600)은 냉매 주입 포트(510)에 연결된 팩 냉매 공급관(610)과 냉매 배출 포트(520)에 연결된 팩 냉매 배출관(620)을 포함하고, 연결 포트(700)는 냉매 주입 포트(510)와 팩 냉매 공급관(610) 사이 및 냉매 배출 포트(520)와 팩 냉매 배출관(620) 사이를 각각 연결할 수 있다. 연결 포트(700)는, 복수의 전지 모듈(100)에 냉매를 공급하는 각 냉매 주입 포트(510)들 및 복수의 전지 모듈(100)로부터 냉매를 배출하는 각 냉매 배출 포트(520)들 각각에 연결되어 있다. 냉각 포트(500)들과 결합한 각 연결 포트(700)에는 모두 온도 센서(800)가 결합되어 있다.7 to 9 , the
도 6을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈은, 히트 싱크(70)들을 연결하는 냉매관(71)들 중 일단에 위치한 냉매관(71)에 인렛(81)이 형성되고, 냉매관(71)들 중 타단에 위치한 냉매관(71)에 아웃렛(82)이 형성되며, 인렛(81) 부분에만 온도 센서(90)가 부착되어 있다.Referring to FIG. 6 , in the battery module according to the comparative example of the present invention, the
이와 같이 히트 싱크(70)들을 연결하는 유로의 일단부에만 온도 센서가 형성된 구조를 통해 냉매의 온도를 측정하여 전체 히트 싱크의 냉매 유량을 제어할 경우, 각 히트 싱크들마다 형성된 전지 모듈별 온도 편차가 발생할 경우 효율적인 대응이 불가능한 문제가 있다.As described above, when the temperature of the refrigerant is measured through a structure in which a temperature sensor is formed only at one end of the flow path connecting the heat sinks 70 to control the refrigerant flow rate of the entire heat sink, the temperature deviation for each battery module formed in each heat sink When this occurs, there is a problem that an efficient response is impossible.
그러나 본 실시예에 따르면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각 전지 모듈(100)에 형성된 냉각 주입 포트(510) 및 냉각 배출 포트(520) 마다 온도 센서(800)가 배치되어 있으므로, 각 전지 모듈(100)의 냉매 주입부 및 냉매 배출부의 온도 정보를 측정할 수 있고, 이를 통해 냉매의 유량을 전지 모듈마다 개별적으로 제어할 수 있어 복수의 전지 모듈로 구성된 전지 팩의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 전지 팩의 성능 및 수명을 향상시키고 전지 모듈별 온도 편차를 최소화할 수 있다.However, according to this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9 , since the
이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 포트의 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, a structure of a connection port according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 13 .
도 10은 도 7의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 도 11은 도 9의 B 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서, 연결 포트 및 팩 냉매관의 결합관계를 나타낸 도면이다. 도 12는 도 11의 분해 사시도이다. 도 13은 도 12의 절단선 C-C'를 따라 자른 단면도로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서의 위치를 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 7 . 11 is a diagram showing a coupling relationship between a temperature sensor, a connection port, and a pack refrigerant pipe according to an embodiment of the present invention, as part B of FIG. 9 . 12 is an exploded perspective view of FIG. 11 ; 13 is a cross-sectional view taken along the cutting line C-C' of FIG. 12, and is a view showing a position of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 연결 포트(700)는, 냉각 포트(500)와 결합하는 냉각 포트 결합부(710), 팩 냉매관(600)과 결합하는 팩 냉매관 결합부(720) 및 온도 센서(800)가 삽입되는 온도 센서 삽입부(730)를 포함할 수 있다.12, the
냉각 포트 결합부(710)는 연결 포트(700)의 하측에 형성되고, 냉각 포트 결합부(710)의 하측에 위치한 냉각 포트(500)와 결합할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 10에 도시된 바와 같이 냉각 포트(500)가 중공의 통체로 형성된 연결 포트(700)의 내부로 삽입되어 연결 포트(700)와 결합할 수 있다. 냉각 포트 결합부(710)에는 실링 부재(711)가 형성되어 냉각 포트(500)와 냉각 포트 결합부(710) 사이를 밀봉하여 냉매의 누출을 막을 수 있다.The cooling
팩 냉매관 결합부(720)는 연결 포트(700)의 적어도 일측에 돌출 형성되고, 팩 냉매관(600)은 팩 냉매관 결합부(720)에 끼움 결합될 수 있다. 연결 포트(700)는 팩 냉매관 결합부(720)가 연결 포트(700)의 일측에만 형성된 구조로 형성될 수 있고, 팩 냉매관 결합부(720, 720')가 연결 포트(700)의 양측에 형성된 구조로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 메인 팩 냉매관(601)과 보다 가까운 부분에 위치한 연결 포트(700)는 팩 냉매관 결합부(720, 720')가 연결 포트(700)의 양측에 형성된 구조로 형성되고, 메인 팩 냉매관(601)과 보다 먼 부분에 위치한 연결 포트(700)는 팩 냉매관 결합부(720)가 연결 포트(700)의 일측에만 형성된 구조로 형성될 수 있다.The pack refrigerant
팩 냉매관 결합부(720, 720')가 연결 포트(700)의 양측에 형성된 구조인 경우, 메인 팩 냉매관(601)은 연결 포트(700)의 일측에 형성된 팩 냉매관 결합부(720')와 결합하고, 서브 팩 냉매관(602)은 연결 포트(700)의 타측에 형성된 팩 냉매관 결합부(720)와 결합할 수 있다.When the pack refrigerant
팩 냉매관 결합부(720)에는 실링 부재(721)가 형성되어 팩 냉매관(600)과 연결 포트(700) 사이를 밀봉하여 냉매의 누출을 막을 수 있다.A sealing
온도 센서 삽입부(730)는 연결 포트(700)의 상측에 형성되고, 온도 센서(800)는 온도 센서 삽입부(730)를 통해 상측에서 하측으로 삽입 결합될 수 있다. 온도 센서(800)가 온도 센서 삽입부(730)에 삽입 결합되면, 도 13에 도시된 바와 같이, 온도 센서(800)의 하단에 형성된 센싱부(810)가, 팩 냉매관(600)과 냉각 포트(500)의 연결 통로상에 위치하여, 유동하는 냉매의 온도를 정확히 측정할 수 있다.The
이하, 도 14를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 제어 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14 .
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.14 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 7, 도 10 및 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩의 제어 방법은, 복수의 전지 모듈(100)에 형성된 냉매 주입 포트(510) 및 냉매 배출 포트(520)와 연결된 온도 센서(800)를 통해 히트 싱크로 공급되는 냉매와 히트 싱크로부터 배출되는 냉매의 온도차를 측정하는 단계(S100) 및 냉매의 온도차가 증가할 경우(S200), 냉매의 유량을 증가시키고(S300), 냉매의 온도차가 감소할 경우(S400), 냉매의 유량을 감소시키는(S500) 단계를 포함한다.7, 10 and 14 , in the battery pack control method according to the present embodiment, a temperature sensor connected to the
본 실시예에 따르면, 냉매의 온도차를 측정하는 단계는, 온도 센서(800)를 통해 측정된 온도를 BMS(Battery Management System)에서 감지할 수 있다. BMS에서는, 냉매 주입 포트(510)와 연결된 온도 센서(800)의 온도 측정 값과 냉매 배출 포트(520)와 연결된 온도 센서(800)의 온도 측정 값의 차이를 계산하고, 측정된 온도차와 대응되도록 냉매의 유량을 조절할 수 있다. 측정된 온도차가 증가할 경우, 냉매가 수용한 열에너지가 높아지므로, 냉매의 유량을 증가시켜 해당 전지 모듈의 냉각 기능을 강화할 수 있다. 측정된 온도차가 감소할 경우, 냉매가 수용한 열에너지가 낮아지므로, 냉매의 유량을 감소시켜 해당 전지 모듈로 공급되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다. BMS는 조절된 유량 데이터를 인렛과 연결된 제어부(미도시)로 전송하고, 상기 제어부는 전송받은 유량 데이터 정보를 토대로 팩 냉매관(600)으로 유입되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.According to the present embodiment, in the step of measuring the temperature difference of the refrigerant, the temperature measured through the
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.The above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices. Such a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the invention.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
200: 모듈 프레임
211: 모듈 프레임 돌출부
300: 히트 싱크
500: 냉각 포트
510: 냉매 주입 포트
520: 냉매 배출 포트
600: 팩 냉매관
601: 메인 팩 냉매관
602: 서브 팩 냉매관
610: 팩 냉매 공급관
620: 팩 냉매 배출관
700: 연결 포트
710: 냉각 포트 결합부
720, 720': 팩 냉매관 결합부
730: 온도 센서 삽입부
800: 온도 센서
810: 센싱부200: module frame
211: module frame protrusion
300: heat sink
500: cooling port
510: refrigerant injection port
520: refrigerant exhaust port
600: pack refrigerant pipe
601: main pack refrigerant pipe
602: sub pack refrigerant pipe
610: pack refrigerant supply pipe
620: pack refrigerant discharge pipe
700: connection port
710: cooling port coupling portion
720, 720': Pack refrigerant pipe coupling part
730: temperature sensor insert
800: temperature sensor
810: sensing unit
Claims (13)
상기 냉각 포트와 연결된 팩 냉매관; 및
상기 냉각 포트와 상기 팩 냉매관을 연결하는 연결 포트를 포함하고,
상기 연결 포트에는 온도 센서가 결합되어 있는 전지 팩.A battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack, a heat sink formed on the bottom of the module frame, and supplying refrigerant to the heat sink and cooling the refrigerant from the heat sink A plurality of battery modules each including a cooling port for discharging;
a pack refrigerant pipe connected to the cooling port; and
and a connection port connecting the cooling port and the pack refrigerant pipe,
A battery pack having a temperature sensor coupled to the connection port.
상기 냉각 포트는 냉매 주입 포트와 냉매 배출 포트를 포함하고,
상기 팩 냉매관은 상기 냉매 주입 포트에 연결된 팩 냉매 공급관과 상기 냉매 배출 포트에 연결된 팩 냉매 배출관을 포함하고,
상기 연결 포트는, 상기 냉매 주입 포트와 상기 팩 냉매 공급관 사이 및 상기 냉매 배출 포트와 상기 팩 냉매 배출관 사이를 각각 연결하는 전지 팩.In claim 1,
The cooling port includes a refrigerant injection port and a refrigerant discharge port,
The pack refrigerant pipe includes a pack refrigerant supply pipe connected to the refrigerant injection port and a pack refrigerant discharge pipe connected to the refrigerant discharge port,
The connection port is a battery pack for connecting between the refrigerant injection port and the pack refrigerant supply pipe and between the refrigerant discharge port and the pack refrigerant discharge pipe, respectively.
상기 연결 포트는,
상기 냉각 포트와 결합하는 냉각 포트 결합부;
상기 팩 냉매관과 결합하는 팩 냉매관 결합부; 및
상기 온도 센서가 삽입되는 온도 센서 삽입부를 포함하는 전지 팩.In claim 1,
The connection port is
a cooling port coupling unit coupled to the cooling port;
a pack refrigerant pipe coupling unit coupled to the pack refrigerant pipe; and
A battery pack including a temperature sensor insert into which the temperature sensor is inserted.
상기 팩 냉매관 결합부는 상기 연결 포트의 적어도 일측에 돌출 형성되고,
상기 팩 냉매관은 상기 팩 냉매관 결합부에 끼움 결합되는 전지 팩.In claim 3,
The pack refrigerant pipe coupling portion is formed to protrude on at least one side of the connection port,
The pack refrigerant pipe is a battery pack that is fitted to the pack refrigerant pipe coupling portion.
상기 팩 냉매관은 메인 팩 냉매관 및 서브 팩 냉매관을 포함하고,
상기 팩 냉매관 결합부는 상기 연결 포트의 양측에 각각 형성되며,
상기 메인 팩 냉매관은 상기 연결 포트의 일측에 형성된 상기 팩 냉매관 결합부와 결합하고, 상기 서브 팩 냉매관은 상기 연결 포트의 타측에 형성된 상기 팩 냉매관 결합부와 결합하는 전지 팩.In claim 4,
The pack refrigerant pipe includes a main pack refrigerant pipe and a sub pack refrigerant pipe,
The pack refrigerant pipe coupling portion is formed on both sides of the connection port, respectively,
The main pack refrigerant pipe is coupled to the pack refrigerant pipe coupling unit formed on one side of the connection port, and the sub pack refrigerant pipe is coupled to the pack refrigerant pipe coupling unit formed at the other side of the connection port.
상기 냉각 포트 결합부는 상기 연결 포트의 하측에 형성되고,
상기 냉각 포트 결합부의 하측에 위치한 냉각 포트와 결합하는 전지 팩.In claim 3,
The cooling port coupling portion is formed on the lower side of the connection port,
A battery pack coupled to a cooling port located below the cooling port coupling portion.
상기 온도 센서 삽입부는 상기 연결 포트의 상측에 형성되고,
상기 온도 센서는 상기 온도 센서 삽입부를 통해 상측에서 하측으로 삽입 결합되는 전지 팩.In claim 3,
The temperature sensor insert is formed on the upper side of the connection port,
The temperature sensor is a battery pack that is inserted and coupled from an upper side to a lower side through the temperature sensor insertion part.
상기 냉각 포트 결합부와 상기 팩 냉매관 결합부에는 실링 부재가 형성되는 전지 팩.In claim 3,
A sealing member is formed in the cooling port coupling part and the pack refrigerant pipe coupling part.
상기 온도 센서는 상기 팩 냉매관과 상기 냉각 포트의 연결 통로상에 위치하는 전지 팩.In claim 1,
The temperature sensor is located on a connection passage between the pack refrigerant pipe and the cooling port.
상기 냉매의 온도차가 증가할 경우, 상기 냉매의 유량을 증가시키고, 상기 냉매의 온도차가 감소할 경우, 상기 냉매의 유량을 감소시키는 단계를 포함하는 전지 팩의 제어 방법.measuring a temperature difference between the refrigerant supplied to the heat sink and the refrigerant discharged from the heat sink through a temperature sensor connected to the refrigerant injection port and the refrigerant discharge port formed in the plurality of battery modules; and
and increasing the flow rate of the refrigerant when the temperature difference of the refrigerant increases, and decreasing the flow rate of the refrigerant when the temperature difference of the refrigerant decreases.
상기 냉매의 온도차를 측정하는 단계에서, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도를 BMS(Battery Management System)에서 감지하는 전지 팩의 제어 방법.In claim 10,
In the step of measuring the temperature difference of the refrigerant, the battery pack control method for detecting the temperature measured through the temperature sensor in a battery management system (BMS).
상기 냉매의 온도차가 증가 또는 감소할 경우, BMS에서 증가 또는 감소된 온도차와 대응되도록 냉매의 유량을 조절하는 전지 팩의 제어 방법.In claim 10,
When the temperature difference of the refrigerant increases or decreases, the control method of the battery pack for adjusting the flow rate of the refrigerant to correspond to the increased or decreased temperature difference in the BMS.
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KR1020200050726A KR20210132398A (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Battery pack and control method thereof |
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