WO2018052227A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2018052227A1
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battery pack
metal panel
heat
holder
cover
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안지명
윤석진
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack for attaching a heat generating part or a heat dissipating part to a battery pack to maintain the temperature of the battery pack within a certain range.
  • the general battery pack is composed of a secondary battery that can be charged / discharged.
  • the battery pack Since the secondary battery is charged / discharged by an electrochemical reaction, the battery pack is affected by the ambient temperature environment. If charging / discharging is performed in a cryogenic state, the internal chemical reaction of the battery pack is slowed, thereby degrading the life, stability, and driving performance of the battery.
  • a lead-acid battery that can be used stably even in an environment such as an ultra low temperature (-30 ° C) has been used as a battery.
  • these lead accumulators have a short battery life due to their deterioration in storage performance and self discharge rate (up to 6 months).
  • lead-acid batteries have a disadvantage of reducing the fuel economy of an electric vehicle even more weight (12kg).
  • Li-ion battery packs have a low self-discharge rate, leading to longer battery life (up to three years) and less weight (3kg).
  • the Li-ion battery pack has a disadvantage in that the driving performance is degraded in an extremely low temperature (-30 ° C) environment, so in order to use the Li-ion battery instead of the lead storage battery, such a problem of deterioration in the driving performance at cryogenic temperatures is required. Should be solved.
  • the heating element or the heat dissipation part is attached to the side of the circular cell in the Li-ion battery pack to increase or decrease the internal temperature of the battery pack.
  • 1 is an internal perspective view of a circular cell.
  • FIG. 2 is an exemplary view of a circular cell in which a conventional heat / heat radiating part is mounted on a side surface thereof.
  • a circular cell structure is formed by inserting a cathode substrate, a cathode substrate, and a separator into a can in the form of a roll.
  • a heating element is attached to a side of a conventional circular cell to apply heat, a problem arises that the internal temperature rise time takes a long time because the applied heat is transferred through the positive electrode material, the negative electrode material, and the separator.
  • the heating part or the heat dissipation part is attached to the side of the circular cell in a zigzag form, which is difficult to assemble due to the repulsive force between the heating / heat dissipating parts, and it is difficult to construct a plurality of circular cells. Occurs.
  • the present invention provides a battery pack that when the internal temperature of the battery pack is a high temperature or cryogenic temperature, the temperature in the battery pack is adjusted faster than the conventional one to enable the stable battery pack driving.
  • the battery pack according to the first embodiment of the present invention includes a heat generating part that heats a plurality of circular cells, the battery pack comprising a top portion configured to protect the inside of the battery pack is formed on top of the plurality of circular cells A cover, a first metal panel positioned below the top cover and bonded to the upper portion of the plurality of circular cells, a second metal panel bonded to the lower portion of the plurality of circular cells, and outer side surfaces of the entire plurality of circular cells. And a holder for wrapping and fixing the lower part of the second metal panel and a lower part cover positioned at the lower part of the second metal panel and the holder to form a lower end of the battery pack.
  • the heat generating part is attached between the first metal panel and the upper cover, or between the holder and the lower cover, or both between the first metal panel and the upper cover and between the holder and the lower cover.
  • the first metal panel and the second metal panel have high thermal conductivity.
  • the heating component uses a heating pad, a heating wire, a liquid heater or a metal heater.
  • a battery pack includes a heat dissipation component that absorbs heat generated from a plurality of circular cells, wherein the battery pack is configured on the plurality of circular cells to protect the inside of the battery pack.
  • the heat dissipation part may be attached between the first metal panel and the upper cover, or between the holder and the lower cover, or both between the first metal panel and the upper cover and between the holder and the lower cover.
  • the first metal panel and the second metal panel have high thermal conductivity.
  • the heat dissipation part uses a heat dissipation pad, a heat dissipation line, a liquid cooler, or a metal cooler.
  • a battery pack includes a heat dissipating part that absorbs heat generated from a plurality of circular cells and a heat generating part that applies heat to the plurality of circular cells, wherein the plurality of circular cells
  • An upper part cover formed at an upper part of the upper part cover to protect the inside of the battery pack, a first metal panel positioned at a lower part of the upper part cover and joined to an upper portion of the plurality of circular cells, A second metal panel, a holder surrounding the outer side of the entire plurality of circular cells and a lower portion of the second metal panel, and a lower end cover positioned below the second metal panel and the holder to form a lower end of the battery pack.
  • the heat dissipation part is attached between the first metal panel and the upper end cover and the heat generating part is attached between the holder and the lower end cover, or the heat dissipation part is attached between the first metal panel and the upper end cover and the heat dissipation part It is attached between the holder and the bottom cover.
  • the first metal panel and the second metal panel have high thermal conductivity.
  • the heat generating part uses a heating pad, a heating wire, a liquid heater or a metal heater
  • the heat radiating part uses a heat radiating pad, a heat radiation line, a liquid cooler or a metal cooler.
  • the battery pack is attached to the upper and lower parts of the heat discharge or heat dissipation parts of the circular cell to transfer heat in the battery pack faster than before, and stable assembly of the battery pack consisting of a plurality of circular cells is possible, thereby maintaining stable operation of the battery pack. It is possible to easily produce a large capacity battery pack.
  • FIG. 1 is an internal perspective view of a circular cell
  • Figure 2 is an illustration of a circular cell in which a conventional heat / heat dissipation component is mounted on the side.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of identifying one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • the battery pack of the present invention is composed of a metal panel, a heat generation / heat dissipation part and a cover in order on the top and bottom of the circular cell centered on a plurality of circular cells fixed by a holder, and heat is quickly transferred within the battery pack and the plurality of circular cells. Assembled to allow formation of large capacity batteries.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 is composed of a plurality of circular cells 140, when the internal temperature is a low temperature, by applying heat to the circular cells 140 to operate properly
  • the upper cover 110 is formed on the plurality of circular cells 140 to form the exterior of the battery pack 100 and protect the inside thereof.
  • the first heating part 120 is attached between the circular cell 140 and the top cover 110 to apply heat to the circular cell 140.
  • a first metal panel 130 attached to an upper portion and electrically connected to the first heat generating part 120, and attached to a lower portion of the circular cell 140 and having a positive terminal and a negative terminal of the circular cell 140.
  • the circular cell 140 is connected by spot welding or laser welding Holder 160 for wrapping and fixing the lower surface of the surface and the second metal panel 150 to prevent chain ignition, and when the internal temperature of the battery pack is low, the internal temperature is maintained by applying heat to the circular cell 140.
  • the lower cover 180 which is disposed under the second heat generating part 170 and the second heat generating part 170 attached to the lower part of the second metal panel 150 and the holder 160 to form a lower end of the battery pack 180.
  • first metal panel 130 and the second metal panel 150 have high thermal conductivity so that the heat generated from the first heat generating part 120 and the second heat generating part 170 is rapidly increased. To be delivered).
  • first heat generating part 120 and the second heat generating part 170 may be attached between the first metal panel 130 and the upper end cover 110 or the holder 160 and the lower end cover 180. It may be attached between the first metal panel 130 and the upper cover 110 and both the holder 160 and the lower cover 180 may be attached.
  • first metal panel 130 and the second metal panel 150 welded to the circular cell 140 may drive the battery pack as well as the first heat generating part 120 and the second heat generating part 170. It is also electrically connected to the BMS (not shown) to control the.
  • the BMS (not shown) measures an internal temperature to control the first heating component 120 and the second heating component 170 to be driven when the temperature of the battery pack 100 is lower than or equal to a preset reference temperature.
  • a preset reference temperature is set to -10 ° C as an embodiment to enable stable battery pack driving.
  • first heating part 120 and the second heating part 170 is configured to be attached to the upper and lower portions of the circular cell 140, respectively, using a heating pad, a heating wire, a liquid heater or a metal heater.
  • the reason for attaching the heat generating parts 120 and 170 above and below the circular cell 140 is that the repulsive force between the heat generating parts is weaker, the heat transfer efficiency is higher, and the attaching method is simpler than the zigzag side attachment form as shown in FIG. 2.
  • the heat generating parts when the temperature inside the battery pack is high by attaching a heat dissipating part to the battery pack 100, the heat of the circular cell 140 is transferred to the outside.
  • the performance of the battery pack can be maintained as it is released and the operating temperature is maintained.
  • the battery pack 100 is positioned on the upper portion of the plurality of circular cells 140 and forms an exterior of the battery pack 100 to protect the inside thereof, and the internal temperature of the battery pack 100 is high.
  • the first heat dissipation part 120 is attached between the circular cell 140 and the upper end cover 110 to release heat of the circular cell 140 to the outside, and is attached to an upper portion of the circular cell 140.
  • a first metal panel 130 electrically connected to the heat dissipation component 120, and a lower portion of the circular cell 140 and connected to the anode and cathode terminals of the circular cell 140 by spot welding or laser welding.
  • the battery pack 100 is configured to include a second heat dissipation part 170 attached to a lower portion of the 160 and a lower end cover 180 disposed under the second heat dissipation part 170 to form a lower end of the battery pack. do.
  • first metal panel 130 and the second metal panel 150 have high thermal conductivity, and heat generated in the circular cell 140 in the first heat dissipation part 120 and the second heat dissipation part 170. To speed up delivery.
  • first heat dissipation part 120 and the second heat dissipation part 170 may be attached between the first metal panel 130 and the upper end cover 110 or between the holder 160 and the lower end cover 180.
  • the first metal panel 130 may be attached to both the upper cover 110 and between the holder 160 and the lower cover 180.
  • first metal panel 130 and the second metal panel 170 welded to the circular cell 140 may drive the battery pack as well as the first heat dissipation part 120 and the second heat dissipation part 150. It is also electrically connected to the BMS (not shown) to control the.
  • the BMS (not shown) measures an internal temperature to control the first heat dissipation part 120 and the second heat dissipation part 150 to be driven when the temperature of the battery pack 100 is higher than or equal to a preset reference temperature.
  • the preset reference temperature is set to 20 ° C. as an embodiment to enable stable battery pack driving.
  • first heat dissipation part 120 and the second heat dissipation part 150 may be formed in the form of a heat dissipation pad, a heat dissipation line, a liquid cooler, or a metal cooler to be attached to upper and lower portions of the circular cell 140, respectively.
  • the reason for attaching the heat dissipation parts 120 and 150 to the upper and lower parts of the circular cell 140 is because the repulsive force between the heat dissipation parts is weaker, the heat transfer efficiency is higher, and the attachment method is simpler than the zigzag side attachment type as shown in FIG. 2.
  • the temperature inside the battery pack is outside the preset reference range.
  • the performance of the battery pack may be maintained by applying heat to the circular cell 140 or discharging it to the outside to maintain the temperature.
  • the battery pack 100 is positioned on the upper portion of the plurality of circular cells 140 and forms the exterior of the battery pack 100 and protects the inside of the upper cover 110 and the internal temperature of the battery pack 100 is high.
  • the heat dissipation part 120 is attached between the circular cell 140 and the upper end cover 110 to release heat of the circular cell 140 to the outside, and the heat dissipation part is attached to the upper part of the circular cell 140.
  • the battery pack 100 includes a heat generating part 170 attached to a lower portion of the 160 and a lower end cover 180 positioned below the heat generating part 170 to form a lower end of the battery pack.
  • the first metal panel 130 and the second metal panel 150 have high thermal conductivity, so that heat generated from the circular cell 140 and heat generated from the heat generating part 170 can be quickly transferred.
  • the heat dissipation part 120 may be attached between the first metal panel 130 and the upper end cover 110, and the heat generating part 170 may be attached between the holder 160 and the lower end cover 180.
  • the heat generating part 120 may be attached between the first metal panel 130 and the top cover 110 and the heat radiating part 120 may be attached between the holder 160 and the bottom 180 cover. have.
  • first metal panel 130 and the second metal panel 170 welded to the circular cell 140 may control the driving of the battery pack as well as the heat dissipation part 120 and the heat generating part 150. It is also electrically connected to (not shown).
  • the BMS (not shown) measures an internal temperature to control the first heat dissipation part 120 to be driven when the temperature of the battery pack 100 is lower than or equal to a preset first reference temperature, and the measured internal temperature is When the temperature is equal to or greater than the preset second reference temperature, the heating component 150 is controlled to be driven.
  • the preset first reference temperature is set to -5 ° C as one embodiment, and the preset second reference temperature is one. As an embodiment, it is set to 15 ° C to enable stable battery pack driving.
  • the heat generating part 150 uses a pad, a heating wire, a liquid heater or a metal heater
  • the heat radiating part 120 uses a heat radiating pad, a heat radiation line, a liquid cooler or a metal cooler.
  • the reason for attaching the heat dissipation part 120 and the heat dissipation part 150 to the upper and lower parts of the circular cell 140 is that the repulsive force between the heat dissipation parts is weaker, the heat transfer efficiency is higher, and the attachment method is simpler than the zigzag side attachment type. Because.
  • the heat radiating part 120 is placed on the circular cell 140 and the heating element 150 is placed on the lower part of the circular cell 140.
  • the heat generated in the circular cell 140 is raised upward. This is because it is to be configured to be discharged to the outside through the heat dissipation component 120, the heat generated from the heat generating component 150 can be applied to the circular cell 140.

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발열부품 또는 방열부품을 배터리 팩에 부착하여 배터리 팩의 온도를 일정범위 내로 유지하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발열부품 또는 방열부품을 배터리 팩에 부착하여 배터리 팩의 온도를 일정범위 내로 유지하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적인 배터리 팩은 충/방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있다.
이러한 이차전지는 전기 화학적 반응에 의하여 충/방전이 이루어지므로 배터리 팩은 주변 온도 조건 환경에 영향을 받게 된다. 만약 극저온상태에서 충/방전이 진행되게 되면 배터리 팩의 내부 화학반응이 느려져 배터리의 수명이나 안정성, 구동 성능이 저하되는 문제가 발생된다.
따라서, 전기 자동차와 같은 기기에서는 극 저온(-30℃) 같은 환경에서도 안정적인 사용이 가능한 납 축전지를 배터리로 사용해왔었다. 그러나 이러한 납 축전지는 충/방전을 수행함에 따라 점차 저장 성능이 저하되고 자가방전율(최대 6개월 사용)도 커서 배터리의 수명이 짧았다. 또한, 납 축전지는 무게(12kg)도 많이 나가 전기 자동차의 연비를 감소시키는 단점이 있었다.
이에 비해 Li-ion 배터리 팩은 자가방전율이 낮아 배터리 수명이 길고(최대 3년 사용) 무게(3kg)도 적게 나가는 장점이 있다. 그러나 앞서 설명한 것과 같이, Li-ion 배터리 팩은 극 저온(-30℃) 환경에서는 구동 성능이 저하되는 단점이 있기에 납 축전지 대신하여 Li-ion 전지를 사용하기 위해서는 이와 같은 극저온에서의 구동 성능 저하 문제를 해결하여야 한다.
또한, Li-ion 배터리 팩을 장시간 사용하는 경우, 배터리 팩에서는 열이 발생하게 되는데, 특히 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. 따라서 고온상태에서 배터리 팩의 성능을 유지 및 향상시키기 위해서는 배터리 팩의 내부 온도를 감소시키는 방안이 필요하다.
이러한 배터리 팩의 내부 온도 상승 또는 내부 온도 저하 문제를 해결하기 위하여 종래에는 Li-ion 배터리 팩 내의 원형 셀 측면에 발열부품 또는 방열부품을 부착하여 배터리 팩의 내부 온도를 증가시키거나 감소시켜 왔다.
아래 도 1과 도 2를 들어 종래의 발열/방열부품이 측면 부착된 원형 셀에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 1은 원형 셀의 내부 사시도이다.
도 2는 종래의 발열/방열부품이 측면에 장착된 원형 셀의 예시도이다.
도 1을 참고하면, 원형 셀의 구조는 양극기재, 음극 기재 및 분리막이 롤(Roll)형태로 캔에 삽입되어 형성되어 있다. 이와 같은 원형 셀 구조에서 종래의 원형 셀 측면에 발열부품을 부착하여 열을 가하는 경우, 가해진 열이 양극기재, 음극기재 및 분리막을 거쳐서 전달되기 때문에 내부온도 상승 시간이 오래 걸리는 문제가 발생한다.
또한, 도 2를 참고하면 발열부품 또는 방열부품은 원형 셀 측면에 지그재그 형태로 부착되는데, 이러한 형태는 발열/방열부품들 사이의 반발력으로 인하여 조립하는 것이 어려워지고 다수의 원형 셀을 구성하는데 문제가 발생한다.
따라서, 고온 또는 극저온 상태에서 배터리 팩의 구동 성능을 유지시키기 위하여 내부온도를 조절하는 발열 또는 방열 부품의 측면부착 외에 다른 부착형태의 개발이 요구된다.
(선행기술문헌)
한국공개특허 제2016-0024187호
본 발명은 배터리 팩의 내부온도가 고온 또는 극저온인 경우, 배터리 팩 내의 온도가 종래보다 빠르게 조절되어 안정적인 배터리 팩의 구동을 가능하게 하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 원형 셀에 열을 가해주는 발열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 상기 복수개의 원형셀의 상부에 구성되어 배터리 팩의 내부를 보호하는 상단부 커버, 상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더 및 및 상기 제2금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버를 포함한다.
상기 발열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나, 또는 제1금속패널과 상단부 커버 사이 및 상기 홀더와 하단부 커버 사이 양쪽에 모두 부착된다.
상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가진다.
상기 발열부품은 발열 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 원형 셀에서 발생되는 열을 흡수하는 방열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 상기 복수개의 원형 셀의 상부에 구성되어 배터리 팩의 내부를 보호하는 상단부 커버, 상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더 및 상기 제2 금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버를 포함한다.
상기 방열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나, 또는 제1금속패널과 상단부 커버 사이 및 상기 홀더와 하단부 커버 사이 양쪽에 모두 부착된다.
상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가진다.
상기 방열부품은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용한다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 원형 셀에서 발생되는 열을 흡수하는 방열부품 및 복수개의 원형 셀에 열을 가하는 발열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 상기 복수개의 원형 셀의 상부에 구성되어 배터리 팩의 내부를 보호하는 상단부 커버, 상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널, 상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더 및 상기 제2 금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버를 포함한다.
상기 방열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되며 상기 발열부품은 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 발열부품이 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되고 상기 방열부품이 홀더와 하단부 커버 사이에 부착된다.
상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가진다.
상기 발열부품은 발열 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하고, 상기 방열부품은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용한다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩은 발열 또는 방열 부품을 원형 셀 상하부에 부착하여 종래보다 배터리 팩 내의 열이 빠르게 전달되고 다수의 원형 셀로 구성된 배터리 팩의 안정적인 조립이 가능함에 따라 배터리 팩의 안정적인 구동을 지속할 수 있으며 큰 용량의 배터리 팩을 용이하게 생산할 수 있다.
도 1은 원형 셀의 내부 사시도.
도 2는 종래의 발열/방열부품이 측면에 장착된 원형 셀의 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 사시도.
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.
1. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩
본 발명의 배터리 팩은 홀더로 고정되는 복수개의 원형 셀을 중심으로 하여 원형셀 상부 및 하부에 순서대로 금속패널, 발열/방열부품 및 커버로 구성되어 배터리 팩 내의 열이 빠르게 전달되고 다수의 원형 셀로 조립되어 큰 용량의 배터리 형성이 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 복수개의 원형 셀(140)로 구성되어 내부 온도가 저온인 경우, 상기 원형 셀(140)에 열을 가하여 동작 적정온도를 유지함에 따라 배터리 팩의 성능이 유지될 수 있는 배터리 팩으로써, 상기 복수개의 원형 셀(140)의 상부에 구성되어 배터리 팩(100)의 외관을 형성하고 내부를 보호하는 상단부 커버(110), 배터리 팩(100)의 내부온도가 저온인 경우, 원형 셀(140)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되어 원형 셀(140)에 열을 가하는 제1 발열부품(120), 상기 원형 셀(140) 상부에 부착되어 상기 제1 발열부품(120)과 전기적으로 연결되는 제1금속패널(130), 상기 원형 셀(140) 하부에 부착되고 상기 원형 셀(140)의 양극단자 및 음극단자와 스폿 용접 또는 레이저 용접으로 연결되는 제2금속패널(150), 상기 원형 셀(140)의 측면 및 제2금속패널(150)의 하부를 감싸 고정시키고 연쇄 발화를 방지하는 홀더(160), 배터리 팩의 내부온도가 저온인 경우, 상기 원형 셀(140)에 열을 가하여 내부의 온도를 유지시키며 상기 제2금속패널(150) 및 상기 홀더(160)의 하부에 부착된 제2 발열부품(170) 및 상기 제2 발열부품(170) 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버(180)를 포함하여 구성한다.
여기서 상기 제1금속패널(130) 및 제2금속패널(150)은 높은 열전도성을 가져 상기 제1 발열부품(120) 및 제2 발열부품(170)에서 발생된 열이 빠르게 상기 원형 셀(140)에 전달될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제1 발열부품(120) 및 제2 발열부품(170)은 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더(160)와 하단부 커버(180) 사이에 부착되거나 또는, 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이 및 상기 홀더(160)와 하단부 커버(180) 사이 양쪽에 모두 부착될 수도 있다.
또한, 상기 원형 셀(140)에 용접된 상기 제1 금속패널(130)과 제2 금속패널(150)은 상기 제1 발열부품(120) 및 제2 발열부품(170)뿐만 아니라 배터리 팩의 구동을 제어하는 BMS(미도시)에도 전기적으로 연결된다. 이러한 BMS(미도시)는 내부의 온도를 측정하여 배터리 팩(100)의 온도가 기 설정된 기준 온도 이하인 경우, 상기 제1 발열부품(120) 및 제2 발열부품(170)이 구동되도록 제어한다. 일반적으로 Li-ion 배터리의 성능이 저하되는 온도는 -30℃이므로, 여기서 기 설정된 기준 온도는 일 실시 예로써 -10℃로 설정하여 안정적인 배터리 팩 구동이 가능하도록 한다.
또한, 상기 제1 발열부품(120) 및 제2 발열부품(170)은 발열 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 이용하여 상기 원형 셀(140) 상하부에 각각 부착하는 형태로 구성된다. 이와 같이 원형 셀(140) 상하부에 발열부품(120, 170)을 부착하는 이유는 도 2와 같은 지그재그 측면부착형태보다 발열부품 간의 반발력이 약하고 열 전달 효율이 높으며 부착방법이 간편하기 때문이다.
2. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 팩
제2 실시 예로, 상기의 발열부품이 부착된 배터리 팩(100)과 달리 배터리 팩(100)에 방열부품을 부착하여 배터리 팩 내부 온도가 고온인 경우, 상기 원형 셀(140)의 열이 외부로 방출되어 동작 적정온도가 유지됨에 따라 배터리 팩의 성능이 유지될 수 있다.
이와 같이 배터리 팩(100)은 복수개의 원형 셀(140)의 상부에 위치하고 배터리 팩(100)의 외관을 형성하여 내부를 보호하는 상단부 커버(110), 배터리 팩(100)의 내부온도가 고온인 경우, 원형 셀(140)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되어 원형 셀(140)의 열을 외부로 방출시키는 제1 방열부품(120), 상기 원형 셀(140) 상부에 부착되어 상기 제1방열부품(120)과 전기적으로 연결되는 제1금속패널(130), 상기 원형 셀(140) 하부에 부착되고 상기 원형 셀(140)의 양극단자 및 음극단자와 스폿 용접 또는 레이저 용접으로 연결되는 제2금속패널(150), 상기 원형 셀(140)의 측면 및 제2금속패널(150)의 하부를 감싸 고정시키고 연쇄 발화를 방지하는 홀더(160), 배터리 팩의 내부온도가 고온인 경우, 상기 원형 셀(140)의 열을 방출시켜 내부 온도를 유지하며 상기 제2금속패널(150) 및 상기 홀더(160)의 하부에 부착된 제2방열부품(170), 상기 제2방열부품(170) 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버(180)를 포함하여 배터리 팩(100)을 구성한다.
여기서 상기 제1금속패널(130) 및 제2금속패널은(150) 높은 열전도성을 가져 상기 제1 방열부품(120) 및 제2 방열부품(170)에 상기 원형 셀(140)에서 발생된 열을 빠르게 전달할 수 있도록 한다.
또한, 제1방열부품(120) 및 제2방열부품(170)은 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더(160)과 하단부 커버(180) 사이에 부착되거나 또는, 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이 및 상기 홀더(160)과 하단부 커버(180) 사이 양쪽에 모두 부착될 수도 있다.
또한, 상기 원형 셀(140)에 용접된 상기 제1 금속패널(130)과 제2 금속패널(170)은 상기 제1방열부품(120) 및 제2 방열부품(150)뿐만 아니라 배터리 팩의 구동을 제어하는 BMS(미도시)에도 전기적으로 연결된다. 이러한 BMS(미도시)는 내부의 온도를 측정하여 배터리 팩(100)의 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 경우, 상기 제1 방열부품(120) 및 제2 방열부품(150)이 구동되도록 제어한다. 일반적으로 Li-ion 배터리의 성능이 저하되는 온도는 30℃이므로, 여기서 기 설정된 기준 온도는 일 실시 예로써 20℃로 설정하여 안정적인 배터리 팩 구동이 가능하도록 한다.
또한, 상기 제1방열부품(120) 및 제2 방열부품(150)은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러의 형태로 이루어져 상기 원형 셀(140) 상하부에 각각 부착하는 형태로 구성된다. 이와 같이 원형 셀(140) 상하부에 방열부품(120, 150)을 부착하는 이유는 도 2와 같은 지그재그 측면부착형태보다 방열부품 간의 반발력이 약하고 열 전달 효율이 높으며 부착방법이 간편하기 때문이다.
3. 본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 팩
제3 실시 예로, 상기의 발열 및 방열부품이 각각 부착된 배터리 팩(100)과 달리 배터리 팩(100)에 발열부품과 방열부품을 동시에 부착하여 배터리 팩 내부 온도가 기 설정된 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 원형 셀(140)에 열을 가하거나 외부로 방출시켜 온도를 유지함에 따라 배터리 팩의 성능을 유지시킬 수 있다.
이와 같이 배터리 팩(100)은 복수개의 원형 셀(140)의 상부에 위치해 있으며 배터리 팩(100)의 외관을 형성하고 내부를 보호하는 상단부 커버(110), 배터리 팩(100)의 내부온도가 고온인 경우, 원형 셀(140)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되어 원형 셀(140)의 열을 외부로 방출시키는 방열부품(120), 상기 원형 셀(140) 상부에 부착되어 상기 방열부품(120)과 전기적으로 연결되는 제1금속패널(130), 상기 원형 셀(140) 하부에 부착되고 상기 원형 셀(140)의 양극단자 및 음극단자와 스폿 용접 또는 레이저 용접으로 연결되는 제2금속패널(150), 상기 원형 셀(140)의 측면 및 제2금속패널(150)의 하부를 감싸 고정시키고 연쇄 발화를 방지하는 홀더(160), 배터리 팩의 내부온도가 저온인 경우, 상기 원형 셀(140)에 열을 가하여 내부 온도를 유지하며 상기 제2금속패널(150) 및 상기 홀더(160)의 하부에 부착된 발열부품(170), 상기 발열부품(170) 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버(180)를 포함하여 배터리 팩(100)을 구성한다.
여기서 상기 제1금속패널(130) 및 제2금속패널은(150) 높은 열전도성을 가져 상기 원형 셀(140)에서 발생된 열과 상기 발열부품(170)에서 발생한 열을 빠르게 전달할 수 있도록 한다.
또한, 상기 방열부품(120)은 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이에 부착될 수 있으며 상기 발열부품(170)은 상기 홀더(160)와 하단부 커버(180) 사이에 부착되거나 또는, 상기 발열부품(120)이 상기 제1금속패널(130)과 상단부 커버(110) 사이에 부착되고 상기 방열부품(120)이 홀더(160)와 하단부(180) 커버 사이에 부착될 수 있다.
또한, 상기 원형 셀(140)에 용접된 상기 제1 금속패널(130)과 제2 금속패널(170)은 상기 방열부품(120) 및 발열부품(150)뿐만 아니라 배터리 팩의 구동을 제어하는 BMS(미도시)에도 전기적으로 연결된다. 이러한 BMS(미도시)는 내부의 온도를 측정하여 배터리 팩(100)의 온도가 기 설정된 제1 기준 온도 이하인 경우, 상기 제1 방열부품(120)이 구동되도록 제어하고, 측정된 내부의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도 이상인 경우, 발열부품(150)이 구동되도록 제어한다. 일반적으로 Li-ion 배터리의 성능이 저하되는 온도는 -30℃ 미만 30℃ 이상인 경우이므로, 여기서 기 설정된 제1 기준 온도는 일 실시 예로써 -5℃로 설정하고, 기 설정된 제2 기준 온도는 일 실시 예로써 15℃로 설정하여 안정적인 배터리 팩 구동이 가능하도록 한다.
또한, 상기 발열부품(150)은 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하고, 상기 방열부품(120)은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용한다. 이와 같이 원형 셀(140) 상/하부에 방열부품(120) 및 발열부품(150)을 부착하는 이유는 기존에 지그재그 측면부착형태보다 방열부품 간의 반발력이 약하고 열 전달 효율이 높으며 부착방법이 간편하기 때문이다. 또한, 상기 방열부품(120)을 상기 원형 셀(140) 상부에 두고 상기 발열부품(150)을 상기 원형 셀(140) 하부에 두는 이유는 상기 원형 셀(140)에서 발생된 열을 위로 상승시켜 상기 방열부품(120)을 통해 외부로 방출될 수 있도록 하고, 상기 발열부품(150)에서 발생한 열이 상기 원형 셀(140)에 가해질 수 있도록 구성되어야 되기 때문이다.
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.

Claims (12)

  1. 복수개의 원형 셀에 열을 가하는 발열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
    상기 복수개의 원형 셀의 상부에 구성되어 배터리 팩의 내부를 보호하는 상단부 커버;
    상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더; 및
    상기 제2금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나, 또는 제1금속패널과 상단부 커버 사이 및 상기 홀더와 하단부 커버 사이 양쪽에 모두 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열부품은 발열 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 복수개의 원형 셀에서 발생되는 열을 흡수하는 방열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
    상기 복수개의 원형 셀의 상부에 구성되어 배터리 팩 내부를 보호하는 상단부 커버;
    상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더; 및
    상기 제2 금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버;
    를 포함하는 배터리 팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 방열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나, 또는 제1금속패널과 상단부 커버 사이 및 상기 홀더와 하단부 커버 사이 양쪽에 모두 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 방열부품은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 복수개의 원형 셀에서 발생되는 열을 흡수하는 방열부품 및 복수개의 원형 셀에 열을 가하는 발열부품을 포함하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
    상기 복수개의 원형 셀의 상부에 구성되어 배터리 팩 내부를 보호하는 상단부 커버;
    상기 상단부 커버의 하부에 위치하며, 상기 복수 개의 원형 셀 상부에 접합되어 있는 제1금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 하부에 접합되어 있는 제2금속패널;
    상기 복수개의 원형 셀 전체의 외곽측면 및 제2 금속패널의 하부를 감싸 고정시키는 홀더; 및
    상기 제2 금속패널 및 상기 홀더의 하부에 위치하여 배터리 팩 하단부를 형성하는 하단부 커버;
    를 포함하는 배터리 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 방열부품은 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되며 상기 발열부품은 상기 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되거나 또는, 상기 발열부품이 상기 제1금속패널과 상단부 커버 사이에 부착되고 상기 방열부품이 홀더와 하단부 커버 사이에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1금속패널 및 제2금속패널은 높은 열전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 발열부품은 발열 패드, 열선, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하고, 상기 방열부품은 방열 패드, 방열선, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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