KR20230057270A - 원통형 전지 셀과 온도 센서를 포함하는 전지 시스템 및 그 설치 방법 - Google Patents

원통형 전지 셀과 온도 센서를 포함하는 전지 시스템 및 그 설치 방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 전지 시스템은, 이웃하는 전지 셀 사이에 간극을 갖는 어레이로 배열된 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩과, 상기 전지 팩의 표면을 따라 연장되는 메인부와, 상기 메인부에서 분기되어 상기 간극 내로 연장되는 분기부를 포함하는 전기 전도체 요소와, 상기 분기부 상에 배치되고 상기 분기부와 함께 상기 간극 내로 연장되어 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나의 전지 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 센서, 및 상기 간극 내에 삽입되어 상기 적어도 하나의 전지 셀에 대해 상기 온도 센서를 가압하는 핀 부재를 포함한다.

Description

원통형 전지 셀과 온도 센서를 포함하는 전지 시스템 및 그 설치 방법{Battery system comprising cylindrical battery cells and a temperature sensor and method of installing the same}
본 발명은 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩과, 적어도 하나의 전지 셀의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하는 전지 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 전지 팩에 온도 센서를 설치하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되고 있다. 전기 차량은 이차 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 차량이다. 전기 차량은 전지로만 구동되거나 가령 가솔린 발전기에 의해 적어도 부분적으로 구동되는 하이브리드 차량일 수 있다. 또한, 전기 차량은 전기 모터와 기존 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 차량 전지(EVB) 또는 견인 전지는 전지 전기 차량(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 차량 전지는 지속적인 시간 동안 전원을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전과 방전을 반복할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적으로 변환할 뿐이다. 일반적으로 휴대전화, 노트북, 캠코더 등의 소형 전자기기의 전원은 소용량 이차 전지가 사용되고, 하이브리드 차량 등의 전원은 고용량 이차 전지가 사용된다.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학 반응을 통해 전지의 충전과 방전이 가능하도록 전해액이 케이스에 주입된다. 케이스의 형상(예: 원통형 또는 직사각형)은 전지의 용도에 따라 다르다. 노트북 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬 이온 (및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 가장 최근의 전기 차량 그룹에서 가장 두드러진다.
이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위하여(예: 하이브리드 차량의 모터 구동용) 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 단위 전지 셀로 형성되는 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 부합하고, 예컨대, 전기 차량의 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여, 다수의 단위 전지의 전극 단자를 서로 연결하여 형성된다.
전지 모듈은 블록형(block) 구조 또는 모듈형(module) 구조로 구성될 수 있다. 블록형 구조에서, 각 전지 셀은 공통된 집전 구조체와 공통된 전지 관리 시스템에 연결된다. 모듈형 구조에서는, 서브 모듈이 다수의 전지 셀을 연결하여 형성되고, 전지 모듈은 다수의 서브 모듈을 연결하여 형성된다. 차량 애플리케이션에서 전지 시스템은 원하는 전압을 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 전지 모듈로 구성되는 경우가 많다. 여기서 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층된 서브 모듈을 포함할 수 있으며, 전지 모듈에서 병렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 직렬로 연결되거나(XpYs) 직렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 병렬로 연결될 수 있다(XsYp).
전지 팩은 여러 개의 (바람직하게는 동일한) 전지 모듈 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지를 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다.
전지 시스템은 이차 전지 셀, 전지 모듈 및 전지 팩을 관리하는 전자 시스템인 전지 관리(또는 제어) 시스템(Battery Management System, BMS, 이하 BMS라 함)을 포함한다. BMS는 전지 셀이 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 보호하고, 전지 셀의 상태를 모니터링하며, 2차 데이터를 계산하여 해당 데이터를 보고하고, 이의 환경을 제어하며, 인증 및/또는 균형을 유지하는 등의 작업을 수행한다. 예를 들어, BMS는 전압(예: 전지 팩 또는 전지 모듈의 총 전압, 개별 셀의 전압), 온도(예: 전지 팩 도는 전지 모듈의 평균 온도, 냉매 흡입 온도, 냉매 출력 온도, 또는 개별 셀의 온도), 냉매 흐름(예: 유량, 냉각액 압력 등) 및 전류의 표시로서, 전지 팩, 전지 모듈 또는 전지 셀의 상태를 모니터링할 수 있다. 또한 BMS는 전지 셀의 충전 수준, 열화 상태(SoH; 전지 셀의 초기 용량(%) 대비 잔존 용량을 정의), 전력 상태(SoP; 현재 전력 사용량, 온도 및 기타 조건을 고려하여 정의된 시간 간격 동안 가용 전력량), 안정 상태(SoS), 충전 전류 제한(CCL)으로서 최대 충전 전류, 방전 전류 제한(DCL)으로서 최대 방전 전류 및 (개방 회로 전압을 결정하기 위한) 전지 셀의 내부 임피던스를 나타내기 위해, 최소 및 최대 셀 전압, 충전 상태(SoC) 또는 방전 깊이(DoD)와 같은 항목을 기반으로 값을 계산할 수 있다.
BMS는 단일 컨트롤러가 다수의 전선을 통해 다수의 전지 셀에 연결되는 중앙 집중식으로 구성될 수 있다. 또한, BMS는 분산 방식으로 구성될 수 있는데, 이 경우, BMS 보드가 전지 셀과 컨트롤러 사이에 배치되는 단일 통신 케이블만을 통해 각 셀에 설치된다. 다른 경우, BMS는 컨트롤러 간의 통신과 더불어 특정 수의 전지 셀을 처리하는 몇 개의 컨트롤러를 포함하는 모듈식으로 구성될 수 있다. 여기서 중앙 집중식 BMS는 가장 경제적이고 확장성이 가장 낮은 반면, 많은 전선의 사용으로 인해 구성의 복잡성이 있다. 반면, 분산식 BMS는 설치가 간단하고 가장 간결한 어셈블리를 제공할 수 있으나, 비용 측면에서 불리하다. 이에 반해 모듈식 BMS는 다른 2가지 방식의 기능과 문제의 절충안을 제공할 수 있다.
BMS는 전지 팩이 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 보호할 수 있다. 안전 작동 영역 외의 동작은, 과전류, 과전압(충전 중), 과열, 저온도, 과압, 지락 또는 누설전류 감지 시, 표시될 수 있다. BMS는 전지 셀이 안전 작동 영역 밖에서 작동되면 열리는 내부 스위치(예: 릴레이 또는 무접점 장치)를 포함할 수 있다. BMS는 전지 셀과 연결된 장치(예: 전술한 내부 스위치)를 작동하여 전지 셀의 사용을 줄이거나 심지어 중단하도록 하고, 히터, 팬, 에어컨 또는 액체 냉각과 같은 환경을 능동적으로 제어하여 전지 셀이 안전 작동 영역 밖에서 작동하는 것을 방지할 수 있다.
전지 팩의 열적 제어를 제공하기 위해, 이차 전지로부터 발생된 열을 효율적으로 발열, 방출 및/또는 소산시킴으로써 적어도 하나의 전지 모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템이 필요하다. 열 방열/방출/소산이 충분히 수행되지 않으며, 각 전지 셀 사이에 온도 편차가 발생하여 적어도 하나의 전지 모듈은 원하는 양의 전력을 생성할 수 없게 된다. 또한, 내부 온도의 증가는 내부 이상 반응을 가져올 수 있으며 이에 따라 이차 전지의 충전 및 방전 기능이 열화되고 수명이 단축된다.
따라서 전지 팩의 내부 온도를 모니터링하여 전지 셀이 의도한 온도 범위에서 작동하는지 또는 과열되었는지 여부를 판단하고 그에 따라 반응할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 원통형 전지의 온도를 측정하기 위한 온도 센서는 예를 들어 US 2019/296407 A1 및 US 9,373,832 B2로부터 알 수 있다.
US 2019/296407 A1은 원통형 전지 셀이 있는 전지 팩에 관한 것으로, 전지 팩은 전지 팩의 상단을 따라 연장되는 회로 기판을 통해 BMS에 전기적으로 연결된 온도 프로브를 포함하는 다중 구역 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 여기서 온도 프로브는 회로 기판에서 이웃한 전지 사이의 간극로 아래쪽으로 확장되며 간극에 삽입되고 경화되는 구조 재료 또는 접착제를 통해 제자리에 고정된다. 이러한 구성은 온도 프로브의 고정을 위한 설치가 복잡하다는 문제가 있다.
US 9,373,832 B2는 온도 감지 부재 장착 부분의 가압 리브에 의해 2개의 원통형 전지 셀 중 하나의 외부 표면에 대해 가압되는 온도 감지 부재를 포함하는 전지 셀 쌍을 개시한다. 이 개시에 의한 온도 센서의 설치는 덜 복잡하지만 많은 원통형 전지 셀의 어레이를 포함하는 더 큰 전지 팩에는 적합하지 않다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 구조적으로 간단하고 단순한 온도 센서 배열을 포함하는 전지 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 전지 시스템에 온도 센서를 간단하게 설치하는 방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 전지 시스템은, 이웃하는 전지 셀 사이에 간극을 갖는 어레이로 배열된 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩과, 상기 전지 팩의 표면을 따라 연장되는 메인부와, 상기 메인부에서 분기되어 상기 간극 내로 연장되는 분기부를 포함하는 전기 전도체 요소(예: 전기 컨덕터)와, 상기 분기부 상에 배치되고 상기 분기부와 함께 상기 간극 내로 연장되어 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나의 전지 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 센서, 및 상기 간극 내에 삽입되어 상기 적어도 하나의 전지 셀에 대해 상기 온도 센서를 가압하는 핀 부재를 포함한다.
다른 실시예는 이웃하는 전지 셀 사이에 간극을 갖는 어레이로 배열된 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩에 온도 센서를 설치하는 방법으로서, 상기 전지 팩의 표면을 따라 전기 전도체 요소의 메인부를 배열하는 단계와, 상기 메인부에서 분기되고 전지 셀 중 하나 이상의 전지 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함하는 분기부를 상기 간극 중 하나의 간극에 삽입하는 단계, 및 상기 핀 부재를 상기 하나의 간극에 삽입하여 상기 복수의 전지 셀 중 하나의 전지에 대해 상기 온도 센서를 가압하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 시스템을 구현하기 위해 온도 센서가 전지 팩에 설치될 수 있다. 이하에서, 전지 시스템 및 그 제조 방법의 실시예가 설명될 것이다. 전지 시스템에 대한 설명은 방법에 적용될 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다.
원통형 전지 셀은 원통형 셀에 대한 공간 절약형 배열인 어레이(예: 셀의 행과 열로 규칙적인 방식으로)로 배열될 수 있다. 이 경우 전지 셀의 원통형 형상(또는 형태)으로 인해 인접한 열의 셀 사이와 같이 인접한 셀 사이에는 간극(또는 공간)이 남게 된다. 예를 들어, 전지 팩은 원통형 전지 셀의 다중 열을 포함할 수 있으며, 모든 두 번째 열은 셀 중 하나의 직경의 대략 절반만큼 첫번째 열로부터 오프셋된다. 이런 식으로 간극은 3개의 셀로 구분(또는 형성)된다. 어레이는 적어도 3개의 셀과 같이 2개보다 많은 셀을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 온도 센서가 이러한 간극들 중 적어도 하나에 삽입된다. 다중 온도 센서는 가령 간극 중 하나의 간극 내부에 다른 깊이를 가지고 배열될 수 있다. 또한 여러 간극에 하나 이상의 온도 센서가 제공될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 온도 센서는 전기 전도체 요소(예: 전기 컨덕터)에 연결되고, 전기 전도체 요소는 온도 센서와 예를 들어 BMS 사이에 전기적 연결을 제공한다. 이에 BMS는 온도 센서에 의해 결정된 온도 값을 수신할 수 있다. 이를 통해 전지 팩의 내부 온도를 결정하고 모니터링할 수 있다. 온도 센서는 전기 도체 요소의 분기부에 배치되고, 분기부는 전기 도체 요소의 메인부로부터 간극 중 하나의 간극으로 분기된다. 메인부는 전지 팩의 표면을 따라, 즉 전지 셀의 단부 측면을 따라 연장된다. 전기 차량 내부의 전지 시스템의 장착 위치에서, 전지 팩의 표면은 전지 팩의 상면(예: 중력 방향에서 셀의 상면)일 수 있다. 또한 전기 전도체 요소는 하나 이상의 전지 셀을 BMS에 전기적으로 연결하는 역할을 할 수 있다. 온도 센서를 전지 팩에 설치할 때, 전기 전도체 요소의 메인부는 전지 팩의 표면에 배치된다. 이와 동시에 또는 연속적으로, 온도 센서가 있는 분기부가 간극에 삽입될 수 있는데, 예를 들어 분기부와 핀 부재는 전지 셀 사이의 간극 중 하나에 동시에 삽입될 수 있다. 일 실시예에서, 온도 센서를 갖는 분기부는 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 핀 부재를 통해 간극으로 삽입될 수 있다.
분기부에 제공된 온도 센서는 의미 있는 온도 측정이 가능하도록 간극 내로 충분히 연장될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서는 간극에 삽입된 위치가 각 전지 셀의 가장 뜨거운 지점 또는 이 지점에 가까이에 배치되는 지점일 수 있도록 분기부에 배열될 수 있다. 온도 센서는 분기부의 자유단에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 간극에 삽입된 핀 부재는 핀 부재가 간극을 형성하는 셀 중 적어도 하나에 대해 온도 센서를 가압하도록 작용한다. 온도 센서는 전지 셀 중 적어도 하나에 대해 온도 센서를 누르는 핀 부재를 통해 각 간극의 위치에 고정될 수 있다. 핀 부재를 사용하는 것으로 간극 내부에 온도 센서를 간단하고 안정적으로 고정할 수 있다. 핀 부재가 전지 셀의 원통형 외부 표면에 대해 센서를 누르기 때문에 전지 셀에서 온도 센서로 충분한 열 전달이 이루어질 수 있다. 이에 따라 신뢰할 수 있는 온도 측정을 수행할 수 있다.
핀 부재는 별도의 부재(예: 온도 센서 및 전지 시스템의 나머지 부분과 별개)일 수 있다. 핀 부재는 전기 비전도성 재료를 포함(또는 이들로 구성될 수 있음)할 수 있다. 핀 부재는 온도 센서가 배치된 전기 전도체 요소의 분기부가 삽입되는 간극에 삽입되는 것으로 설치될 수 있다. 핀 부재는 온도 센서가 배치된 분기부가 삽입된 후 간극에 삽입될 수 있으나, 일 실시예에서는 온도 센서를 갖는 분기부가 핀 부재를 통해 간극으로 삽입될 수 있다. 핀 부재는 간극을 형성하는 셀 중 적어도 하나에 대해 온도 센서를 누르도록 구성된다. 예를 들어, 핀 부재는 간극에 삽입될 때 인접/이웃하는 전지 셀에 의해 탄성적으로 변형되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 핀 부재는 적어도 하나의 전지 셀에 대해 온도 센서를 가압시킬 수 있다. 핀 부재는 핀 헤드 및 핀 헤드로부터 실질적으로 수직으로 연장되는 핀 삽입부(예를 들어, 핀 본체)을 포함할 수 있다. 핀 삽입부는 간극에 삽입되어 전지 셀에 대해 온도 센서를 가압하도록 할 수 있다.
핀 부재를 통해 온도 센서를 간극에 고정 시, 경화를 필요로 하는 접착제 등의 추가 요소가 필요하지 않으므로 온도 센서 설치를 간단하게 할 수 있다. 이러한 간단한 구성에도 불구하고, 핀 부재가 온도가 측정되어야 하는 셀 중 적어도 하나에 대해 온도 센서를 누르기 때문에 신뢰할 수 있거나 개선된 온도 측정이 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 간극에 핀 부재를 삽입할 때 핀 부재가 분기부를 안내하고 또한 온도 센서도 간극으로 안내할 수 있어 이에 따라 온도 센서의 설치가 간단해진다. 이처럼 간극 내로 삽입되는 핀 부재를 통해 적어도 하나의 분기부가 온도 센서와 함께 간극에 삽입될 수 있다. 즉, 핀 부재는 분기부를 간극 내로 밀어서 온도 센서도 간극 내로 밀어 넣을 수 있다. 따라서, 핀 부재는 간극 내로 삽입될 때 분기부를 간극 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 핀 부재는 간극 내로 삽입될 때 분기부를 간극으로 안내하기 위한 가이드면을 포함할 수 있다. 가이드면은 핀 부재를 간극 내로 삽입할 때 분기부를 가져가는 구동부의 역할을 할 수 있는 바, 이에 온도 센서는 분기부를 따라 간극 내로 들어갈 수 있다. 가이드면은 분기부에 대응, 예를 들어 같은 폭을 가지고 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면 온도 센서의 삽입과 고정이 한 단계로 이루어지기 때문에 온도 센서의 설치가 간단하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 핀 부재는 분기부가 메인부에 평행하게 배치된 초기 위치로부터 메인부에서 분기되고 구부러져 간극 내의 분기 위치로 안내될 수 있다. 분기부는 핀 부재에 의해 초기 위치에서 분기 위치로 구부러질 수 있다. 분기 위치에서, 분기부는 더 이상 메인부에 평행하게 배열되지 않고 예를 들어 메인부에 대해 약 90도의 각도를 두고 기울어진다. 이와 같이 핀 부재는 전기 전도체 요소의 메인부로부터 전기 전도체 요소의 분기부를 분기시킬 수 있고 온도 센서와 함께 분기부를 간극 내로 안내할 수 있다. 이를 위해 본 실시예에 따르면 전지 팩의 표면을 따라 메인부를 배치할 때, 분기부도 전지 팩의 표면을 따라 배치될 수 있다. 그 후, 분기부는 핀 부재에 의해 분기되고 나아가 구부려져 간극에 삽입된다. 이러한 핀 부재의 작용은 단순화된 전기 전도체 요소에 의해 간단하게 이루어질 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 전기 전도체 요소는 복수의 절연된 전도성 라인을 포함하는 가요성 플랫 케이블(Flexible Flat Cable, FFC)와 같은 가요성 전기 전도체 요소일 수 있다. 이러한 실시예에서, 분기부는 온도 센서에 연결된 적어도 2개의 절연된 전도성 라인에 의해 형성될 수 있다. 메인부는 복수의 격리된 전도성 라인의 나머지 전도성 라인에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 전기 전도체 요소는 하나 이상의 온도 센서를 포함하고 전지 팩의 표면에 배열되어 온도 센서를 BMS에 연결하는 가요성 플랫 케이블일 수 있다. 핀 부재 삽입할 때, 각 온도 센서에 공급(예: 연결)되는 도선은 핀 부재에 의해 나머지 도선으로부터 분리된다. 즉, 온도 센서가 배치된 분기부는 핀 부재에 의해 메인부로부터 분기되어 간극 내로 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 핀 부재는 전기 전도체 요소(전기 전도체 요소의 메인부)를 전지 팩/전지 셀의 표면에 고정하는 핀 헤드를 포함한다. 전술한 바와 같이, 핀 부재는 핀 헤드 및 핀 헤드로부터 실질적으로 수직하게 연장되는 핀 삽입부를 포함할 수 있다. 핀 삽입부는 간극에 삽입되어 전술한 바와 같이, 전지 셀에 대해 온도 센서를 가압한다. 핀 헤드는 전지 팩의 표면에 대해 메인부를 평면적으로 가압함으로써 상기 전지 팩의 표면에 배치된 메인부를 지지할 수 있다. 따라서 핀 부재는 간극 내에 분기부를 고정할 뿐만 아니라 메인부를 전지 팩 표면에 고정할 수 있다. 이러한 핀 부재는 온도 센서의 설치를 단순하면서도 효율적으로 수행할 수 있도록 한다. 예를 들어, 전기 전도체 요소를 위한 추가 고정(예: 접착제에 의한)은 생략될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 핀 부재는 비전도성을 위해 플라스틱을 포함할 수 있다(또는 플라스틱으로 이루어진다). 즉, 핀 부재의 핀 헤드 및 핀 삽입부가 플라스틱 재료를 포함할 수 있다(또는 플라스틱 재료로 구성될 수 있다).
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 핀 부재는 간극을 한정하는(또는 형성하는) 이웃하는 전지 셀에 의해 변형된다. 예를 들어, 핀 부재는 탄성적으로 변형될 수 있다. 핀 부재가 변형됨에 따라 간극을 한정하는 인접한 전지 셀 중 하나 이상에 대해 온도 센서가 가압될 수 있다. 본 개시의 실시예에 따르면, 핀 부재는 핀 부재의 길이 방향 축(또는 연장부)에 직교하여 배열되는 탄성 리브를 포함한다. 이러한 탄성 리브는 핀 부재가 간극에 삽입될 때 이웃하는 전지 셀에 의해 변형(예: 탄성 변형)되도록 구성된다. 여기서 탄성 리브는 핀 부재의 길이 방향 축을 따라(예: 핀 부재의 핀 삽입부를 따라) 연속적으로 배열될 수 있다. 핀 부재를 간극을 한정하는 이웃한 전지 셀에 모두 접촉되도록 간극에 삽입 시, 탄성 리브는 이웃한 전지 셀에 의해 변형될 수 있다. 이러한 핀 부재는 이른바 소나무형 핀이라 불릴 수 있으며, 분기부와 온도 센서를 간극 내에 견고히 고정시킬 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 분기부는 온도 센서가 가압되는 전지 셀의 길이(예: 전지 셀의 원통형 축에 따른 길이)의 대략 절반에 위치되도록 간극 내로 충분히 연장될 수 있다. 이에 따라 온도 센서는 전지 셀의 가장 뜨거운 지점인 전지 셀의 대략 중간 지점에 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 전지 시스템을 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
본 개시의 추가 측면은 종속항 또는 하기 설명으로부터 이해될 수 있다.
실시예에 따르면 전지 팩에 대해 온도 센서를 간단하면서도 효율적으로 설치할 수 있다.
본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 시스템의 전기 전도체 요소를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 부재 및 전지 팩과 함께 도 1의 전기 전도체 요소를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀 부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 동일한 인용 부호는 첨부된 도면 및 기재 설명 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소를 나타내므로 그 설명은 반복되지 않을 수 있다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 예시된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하고 본 개시의 측면 및 특징을 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다.
따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 측면 및 특징에 대한 완전한 이해를 위해 필요하다고 생각되지 않는 프로세스, 요소 및 기술에 대해서는 설명하지 않을 수 있다. 도면에서, 요소, 레이어 및 영역의 상대적인 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명할 때 "할 수 있는"의 사용은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. 본 발명의 실시예들에 대한 다음의 설명에서, 단수형의 용어는 문맥 상 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다. "적어도 하나의"과 같은 표현은 요소 목록 앞에 올 때 전체 요소 목록을 수정하고 목록의 개별 요소를 수정하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 이와 유사한 용어는 정도가 아닌 근사치로 사용되며, 통상의 기술자에 의해 인식될 측정된 또는 계산된 값의 내재적 편차를 설명하고자 하는 것이다. 또한, "실질적으로"라는 용어가 수치를 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되는 경우, "실질적으로"라는 용어는 값을 중심으로 한 값의 ±5 %의 범위를 나타낸다.
용어 "포함하다"는 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합을 특정하지만 다른 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 필름, 영역 또는 구성 요소가 다른 필름, 영역 또는 구성 요소의 "위에", "연결되어" 또는 "결합한" 것으로 표현할 경우, 이는 다른 필름, 영역 또는 구성 요소에 직접 연결될 수 있거나, 필름, 영역 또는 구성 요소 사이에 하나 이상의 개재된 또 다른 필름, 영역 또는 구성 요소가 존재할 수 있다.
용어 상단(상부) 및 하단(하부)이라는 용어는 z축에 따라 정의될 수 있다. 예를 들어, 상부 커버는 z축의 상부에 위치하고, 하부 커버는 z축의 하부에 위치하는 것으로 기재될 수 있다. 도면에서, 구성 요소들의 크기는 명확성을 위해 과장되게 표현될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 각 구성 요소의 크기 또는 두께는 예시를 위해 임의로 도시된 것일 수 있으므로, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 단수형의 용어는 문맥상 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은, 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에서 절연 재료에 공동으로 설정된 복수의 절연 전도성 라인(도시되지 않음)을 포함하는 전기 전도체 요소(20)를 개략적으로 도시한 사시도로서, 이는 가요성 플랫 케이블(Flexible Flat Cable, FFC)로 이루어질 수 있다. 전기 전도체 요소(20)는 메인부(16) 및 적어도 하나의 분기부(18)를 포함한다. 여기서 분기부(18)는 분기부(18)의 자유단에 배치된 온도 센서(22)와 연결되는 복수의 절연된 전도성 라인 중 적어도 2개에 의해 형성된다.
도 1a는 온도 센서(22)가 전지 팩에 설치되기 전인 초기 위치 상태인 전기 전도체 요소(20)의 분기부(18)를 도시한다. 이 초기 위치에서, 분기부(18)는 메인부(16)에 평행하게 배열된다. 도 1b는 분기부(18)가 메인부(16)로부터 분기되어 메인부(16)의 수직 하향으로 연장 분기된 분기 상태를 도시한다. 분기부(18)는 분기 라인(A)을 따라 메인부(16)로부터 분리되고 벤딩 라인(B) 주위에서 하방으로 90도 꺾여 구부러져 분기 위치로 위치할 수 있다. 이러한 분기부(18)의 분기에 의해 분기부(18)에 포함된 2개의 전도성 라인은 분리 라인(A)에서 절연 부위가 절단되면서 메인부(16)로부터 분리된다.
분기부(18)는 도 2에 도시된 바와 같이, 핀 부재(24)를 통해 초기 위치에서 분기된 분기 위치로 이동될 수 있다. 이에 대해 살펴 보면, 먼저 전기 전도체 요소(20)는 전지 팩(10)의 상부 표면, 즉 도 2c에 도시된 바와 같이 원통형 전지 셀(12)의 상부면에 배열된다. 이 때, 분기부(18)의 최초 상태는 도 2a에 도시된 상태와 같다. 다음 단계로, 핀 헤드(28) 및 핀 삽입부(26)를 포함하는 핀 부재(24)가 복수의 원통형 전지 셀(12)의 이웃하는 전지 셀(12) 사이의 간극(14)에 삽입된다. 이에 따라 핀 부재(24)는 전기 전도체 요소(20)의 메인부(16)로부터 분리부(18)를 분리하고 이 때, 분리부(18)에 고정 배치된 온도 센서(22)는 핀 부재(24)가 간극(14)에 삽입되는 과정에서 핀 부재(24)의 가이드면(25)에 안내되어 간극(14) 내로 삽입될 수 있다. 도 2b 및 도 2c를 통해 알 수 있는 바와 같이, 분기부(18)는 메인부(16)로부터 분기되어 아래쪽으로 구부러지고, 도시되지는 않았지만 온도 센서(22)는 핀 부재(24)의 핀 삽입부(26)에 의해 전지 셀(12) 중 하나에 대해 가압된다.
따라서, 핀 부재(24)는 간극(14) 내에서 온도 센서(22)를 간단하고 확실하게 고정할 수 있다. 여기서 온도 센서(22)의 고정을 위해 접착제와 같은 추가 요소는 필요로 하지 않는다. 이처럼 핀 부재(24)가 전지 셀(12) 중 하나의 외부 원통형 표면에 대해 온도 센서(22)를 누름에 따라, 이로 인해 전지 셀(12)에서 온도 센서(22)로 충분한 열 전달이 달성될 수 있다. 따라서 전지 셀에 대한 신뢰할 수 있는 온도 측정이 가능해진다. 한편, 분기부(18)의 길이 및 분기부(18) 상의 온도 센서(22)의 배치는, 온도 센서(22)가 전지 셀의 가장 뜨거운 지점에 근접할 수 있는 정도로 간극 내에 충분히 연장되는 범위에서 선택될 수 있다. 가령, 분기부(18)는 온도 센서(22)가 전지 셀의 원통형 축의 길이의 대략 절반에 위치되도록 간극(14) 내로 연장될 수 있다. 이러한 위치에서 전지 셀(12)에 대한 의미 있는 온도 측정이 가능하다.
한편, 도 2c를 통해 알 수 있는 바와 같이, 간극(14)에 삽입된 핀 부재(24)는 핀 헤드(28)를 통해 전기 전도체 요소(20)의 메인부(16)를 전지 팩(10)의 표면 즉, 전지 셀(12)의 상부 측면에 지지/가압하여 이를 고정할 수 있다. 이처럼 핀 부재(24)는 간극(14) 내에서 분기부(18) 및 온도 센서(22)를 고정시키는 역할 뿐만 아니라 전지 셀(12) 상부면에 메인부(16)를 고정시키는 고정 수단으로서 이중 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀 부재(124)를 도시한 사시도이다.
도3의 핀 부재(124)는 핀 부재(124)의 길이 방향 축(L), 즉 핀 삽입부(26)를 따라 연속적으로 배열되는 탄성 리브(127)를 포함한다. 탄성 리브(127)는 핀 삽입부(26)로부터 외측으로 이의 길이 방향에 대해 직교하게 연장되며, 핀 부재(124)가 간극(14)에 삽입될 때 이웃하는 전지 셀에 의해 탄성 변형되도록 구성된다. 이러한 핀 부재(124)를 이른바 소나무형 핀이라고도 할 수 있다. 이러한 핀 부재(124)는 분기부와 온도 센서를 간극에 견고하게 고정시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 전지 팩
12 원통형 전지 셀
14 간극
16 전기 전도체 요소의 메인부
18 전기 전도체 요소의 분기부
20 전기 전도체 요소
22 온도 센서
24 핀 부재
25 핀 부재의 안내면
26 핀 부재의 핀 삽입부
28 핀 부재의 핀 헤드
124 핀 부재
127 탄성 리브
A 분리 라인
B 벤딩 라인
L 길이 방향 축

Claims (15)

  1. 이웃하는 전지 셀 사이에 간극을 갖는 어레이로 배열된 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩;
    상기 전지 팩의 표면을 따라 연장되는 메인부와, 상기 메인부에서 분기되어 상기 간극 내로 연장되는 분기부를 포함하는 전기 전도체 요소;
    상기 분기부 상에 배치되고 상기 분기부와 함께 상기 간극 내로 연장되어 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나의 전지 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 센서; 및
    상기 간극 내에 삽입되어 상기 적어도 하나의 전지 셀에 대해 상기 온도 센서를 가압하는 핀 부재
    를 포함하는 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기부는 상기 메인부와 평행하게 배열되는 초기 위치로부터 상기 핀 부재에 의해 상기 메인부로부터 분기되어 상기 간극 내로 구부러져 분기 위치에 배치되도록 구성된 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 간극에 삽입될 때 상기 분기부를 상기 간극으로 안내하도록 구성된 전지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 간극에 삽입될 때 상기 간극 내로 상기 분기부를 안내하는 가이드면을 포함하는 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기 전도체 요소는 복수의 절연 전도선을 포함하는 가요성 전기 전도체 요소이고, 상기 분기부는 상기 온도 센서에 연결된 적어도 2개의 절연 전도선에 의해 형성되는 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전기 전도체 요소는 가요성 플랫 케이블인 전지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 전지 팩의 표면에 상기 전기 전도체 요소를 고정시키는 핀 헤드를 포함하는 전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 핀 부재는 플라스틱을 포함하는 전지 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 간극에 삽입 시, 상기 간극을 형성하는 이웃한 전지 셀에 의해 변형되는 전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 핀 부재의 길이 방향 축에 대해 직각으로 배열된 탄성 리브를 포함하고, 상기 탄성 리브는 상기 핀 부재가 상기 간극에 삽입될 때 이웃하는 전지 셀에 의해 변형되는 전지 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분기부는 상기 간극 내로 연장되어 상기 온도 센서가 가압되는 전지 셀의 길이 방향 축의 길이의 절반에 위치하는 전지 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전지 시스템을 포함하는 전기 차량.
  13. 이웃하는 전지 셀 사이에 간극을 갖는 어레이로 배열된 복수의 원통형 전지 셀을 포함하는 전지 팩에 온도 센서를 설치하는 방법으로서,
    상기 전지 팩의 표면을 따라 전기 전도체 요소의 메인부를 배열하는 단계;
    상기 메인부에서 분기되고 전지 셀 중 하나 이상의 전지 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함하는 분기부를 상기 간극 중 하나의 간극에 삽입하는 단계; 및
    상기 핀 부재를 상기 하나의 간극에 삽입하여 상기 복수의 전지 셀 중 하나의 전지에 대해 상기 온도 센서를 가압하는 단계
    를 포함하는 온도 센서 설치 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 간극에 상기 핀 부재를 삽입하는 동안, 상기 핀 부재는 상기 분기부와 상기 온도 센서를 상기 간극으로 안내하는 온도 센서 설치 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 핀 부재는 상기 분기부가 상기 메인부와 평행하게 배열된 초기 위치로부터 상기 분기부를 간극 내로 구부려 분기 위치에 배치시키는 온도 센서의 설치 방법.
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