WO2018186579A1 - 원통형 배터리 셀의 방열 구조 - Google Patents

원통형 배터리 셀의 방열 구조 Download PDF

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김재상
양근주
윤석진
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation structure of a cylindrical battery cell, and more particularly, to a heat dissipation structure of a cylindrical battery cell for reducing the heat generation problem generated when the battery cell discharges.
  • Lithium ion batteries can be broadly divided into cylindrical, rectangular, and polymer types.
  • the cylindrical battery is a battery formed in the form of a cylinder has the characteristics of high capacity, high output. Therefore, cylindrical batteries are mainly used in products and applications that require a lot of power. For example, it can be applied to power tools, electric vehicles, electric bicycles and the like that require a large amount of momentary power.
  • a cylindrical battery is generally composed of a plurality of cylindrical battery cells.
  • a process of electrically connecting a plurality of battery cells is required.
  • the method of electrically connecting the plurality of battery cells is generally performed by resistance welding the upper portion of the cell and the nickel plate. That is, for example, one part of the nickel plate having a strip shape is connected to the upper part of the battery cell, and the other part is to electrically connect the battery cells by welding connection with the nickel plate connected to the other battery cell.
  • the upper part of the battery cell and the nickel plate are connected to each other, it has a structure in which only a part of the contact area through which current flows from the battery cell to the nickel plate is formed.
  • the nickel plate has a limit of electrical conductivity in terms of material properties.
  • the nickel when discharging with the high current of the battery cell, the nickel, due to the limitation of the area where the current, which is the contact area between the battery cell and the nickel plate, and the electrical conductivity of the nickel plate moves when the high current moves to the nickel plate. Much heat is generated in the plates and battery cells.
  • the present invention is to solve the problem of heat generation of the battery cell and the nickel plate in the cylindrical battery having the structure as described above, when the battery cell is discharged with a high current.
  • a heat dissipation structure of a cylindrical battery cell may include: a first plate contacting an upper portion of a battery cell and discharging a current of the battery cell; A second plate disposed between the first plate and the battery cell, the second plate being disposed so as not to contact the battery cell; A heat transfer part provided between the second plate and the battery cell to contact the battery cell to transfer heat generated from the battery cell to the second plate; It is configured to include, wherein the second plate, the first plate is in contact with the region not in contact with the battery cell is characterized in that the current discharged from the first plate is further discharged.
  • the second plate characterized in that made of a material having a higher electrical conductivity than the first plate.
  • the first plate is characterized by consisting of nickel.
  • the second plate may be made of copper.
  • the heat transfer unit characterized in that composed of a heat transfer material (TIM).
  • the current measuring unit for measuring the current of the battery cell;
  • a controller for controlling the current of the battery cell to be discharged when the current of the battery cell measured by the current measuring unit is equal to or greater than a predetermined value;
  • a first plate in contact with a portion of the upper portion of the battery cell, wherein the current of the battery cell is discharged under the control of the controller;
  • a second battery disposed between the battery cell and the first plate, the battery cell being disposed so as not to contact the battery cell, and contacting an area not in contact with the battery cell in the first plate to further discharge the current discharged from the first plate;
  • 2 plates A heat transfer part provided between the second plate and the battery cell and contacting the battery cell to transfer heat generated from the battery cell to the second plate; It is configured to include.
  • the second plate characterized in that made of a material having a higher electrical conductivity than the first plate.
  • the first plate is characterized by consisting of nickel.
  • the second plate is made of copper.
  • the heat transfer unit characterized in that composed of a heat transfer material (TIM).
  • a plurality of plates having different electrical conductivity may be configured to distribute current when discharging the battery cell, thereby reducing the amount of heat generated by the plate.
  • FIG. 1 is a front view of an electrical connection structure of a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a front view of a heat dissipation structure of a battery cell according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2.
  • 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 distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the 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.
  • step of or “step of” does not mean “step for”.
  • FIG. 1 is a view briefly illustrating a connection structure between battery cells when manufacturing a conventional battery pack.
  • a method of electrically connecting a plurality of battery cells 10 for manufacturing a conventional cylindrical battery pack includes connecting the upper partial region A and the nickel plate 20 of the battery cell 10 to each other. It consisted of resistance welding.
  • the current of the battery cell is controlled to discharge.
  • discharge of the current of the battery cell causes the current of the battery cell 10 to move to the nickel plate 20 through the upper partial region A of the battery cell in contact with the battery cell and the nickel plate. That is, when the battery cell is discharged, the current of the battery cell moves to the nickel plate 20 to be discharged from the nickel plate 20.
  • the nickel plate 20 has a limit of electrical conductivity due to the material property, when the battery cell is discharged with a high current, the current moves to the nickel plate 20, whereby the nickel plate 20 is a battery. A lot of heat is generated by the current moved in the cell 10.
  • the region A in which the current of the battery cell 10 moves to the nickel plate 20 is only a partial region of the battery cell, and thus has a limitation in the movement of the current. Therefore, when the battery cell is discharged at a high current, the battery cell also generates a lot of heat due to a current that is not smoothly moved from the battery cell 10 to the nickel plate 20 through the region A.
  • FIG. The heat generation problem of the battery cell and the nickel plate may cause various problems such as damage to the battery cell.
  • the present invention intends to propose a heat dissipation structure of a cylindrical battery cell for solving the heat generation problem of the battery cell and nickel plate generated in the structure of the conventional cylindrical battery as described above.
  • FIG. 2 is a front view of a heat dissipation structure of a cylindrical battery cell according to the present invention.
  • the battery cell 100, the first plate 200, the second plate 300, and the heat transfer part 400 may be configured. .
  • one portion of the first plate 200 is connected to the upper partial region F of the battery cell. Accordingly, when the battery cell is discharged, the current of the battery cell is moved to the first plate 200 through the region F in which the battery cell 100 and the first plate 200 are in contact with each other. Is discharged from the first plate 200.
  • the area 'F' in which the battery cell 100 and the first platen 200 contact each other is a moving area in which current of the battery cell moves to the first plate 200. Accordingly, the current of the battery cell 100 is discharged from the first plate by moving the current of the battery cell 100 to the first plate 200.
  • the first plate 100 may have a strip shape, for example.
  • the second plate 300 is located between the battery cell 100 and the first plate 200, but is disposed so as not to contact the battery cell. That is, the second plate 300 is disposed between the portion of the first plate and the battery cell, not the moving region F in which the current of the battery cell moves to the first plate 200.
  • a current of the battery cell discharged from the first plate 200 may be additionally discharged.
  • the present invention has a structure in which the current of the battery cell is dispersed and discharged into two plates.
  • the flow of current of the battery cell is primarily discharged from the first plate 200 and additionally moved to the second plate 300 to be discharged.
  • the second plate 300 is made of a material having a higher electrical conductivity than the first plate 200.
  • the first plate 200 may be made of nickel (Ni)
  • the second plate 300 may be made of copper (Cu) having higher electrical conductivity than nickel.
  • the heat transfer part 400 is provided between the second plate 300 and the battery cell 100, and transmits heat generated from the battery cell to the second plate 300 in contact with the battery cell. It is a constitution.
  • the heat transfer part 400 may lower the temperature of the battery cell by transferring heat generated from the battery cell to the second plate when the battery cell is discharged. Since the second plate 300 is made of a material having high thermal conductivity, for example, copper (Cu), the second plate 300 may more effectively dissipate heat generated from the battery cell received through the heat transfer part 400.
  • the second plate 300 is made of a material having high thermal conductivity, for example, copper (Cu)
  • the second plate 300 may more effectively dissipate heat generated from the battery cell received through the heat transfer part 400.
  • the heat transfer unit when discharging at a high current, when the heat is generated in the battery cell by a current that does not move smoothly from the battery cell 100 to the first plate 200 through the moving region (F), the heat transfer unit ( The heat dissipation of the battery cell may be reduced by transmitting the heat to the second plate 300 to radiate the heat.
  • the heat transfer part 400 is made of, for example, a heat transfer / release material, and includes a heat dissipation grease, a heat dissipation sheet, a heat dissipation pad, a heat conductive adhesive, a PCM (phase change material), and the like. Can be configured.
  • the cylindrical battery pack designed by applying the heat dissipation structure of the present invention includes a battery cell 100, a first plate 200, a second plate 300, a heat transfer unit 400, a current measuring unit 500, and a controller 600. It may be configured to include).
  • the current measuring unit 500 is configured to measure the current of the battery cell.
  • the controller 600 is configured to control to discharge the current of the battery cell 100 when the current of the battery cell measured by the current measuring unit 500 is more than a predetermined value.
  • the controller 600 is a battery cell to perform the role of preventing overcharge or overdischarge. That is, the controller 600 may be described in the same configuration as the protection circuit.
  • the controller 600 controls the battery cell to be discharged
  • the current of the battery cell 100 moves to the first plate 200 through an area F where the battery cell and the first plate 200 contact each other. do.
  • the current of the battery cell discharged by moving to the first plate 200 is moved to the second plate 300. Accordingly, the current discharged from the first plate 200 is additionally discharged from the second plate 300.
  • the current of the battery cell may move from the first plate 200 to the second plate 300 and may be described as being distributed and discharged in the two plates 200 and 300.
  • the second plate 300 is made of a material having a higher electrical conductivity than the first plate 200.
  • the first plate 200 may be made of nickel (Ni), and the second plate 300 may be made of copper (Cu).
  • the heat transfer part 400 provided between the battery cell 100 and the second plate 300 transfers heat generated from the battery cell to the second plate.
  • the battery cell 100 Since the current of the battery cell moves through the partial region F in contact with the battery cell and the first plate 200, when the battery cell is discharged at a high current, the battery cell 100 may move through the moving region F. When the current does not move smoothly to the first plate 200, heat may be generated in the battery cell by the current.
  • the heat transfer unit 400 is configured between the battery cell 100 and the second plate 300 to transfer the heat generated from the battery cell to the second plate 300 in this case. Can be lowered.
  • the second plate 300 is made of, for example, copper (Cu), a material having a high electrical conductivity, as described above, the second plate 300 may radiate heat from the battery cell transferred from the heat transfer part 400. will be.
  • Cu copper
  • the heat transfer part 400 is made of, for example, a heat transfer / release material, and includes a heat dissipation grease, a heat dissipation sheet, a heat dissipation pad, a heat conductive adhesive, a PCM (phase change material), and the like. Can be configured.

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Abstract

본 발명은 원통형 배터리 셀의 방열 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 전류로 배터리 셀이 방전되는 경우 발생하는 배터리 셀과 플레이트의 발열 문제를 해결하기 위ㅎ여 전기 전도도가 다른 복수의 플레이트를 구성하여 전류를 분산시키고, 상기 플레이트의 하부에 방열 구조를 구성하는 원통형 배터리 셀의 방열 구조에 관한 것이다.

Description

원통형 배터리 셀의 방열 구조
본 발명은 원통형 배터리 셀의 방열 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 셀 방전 시 발생하는 발열 문제를 감소시키기 위한 원통형 배터리 셀의 방열 구조에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 형태에 따라서 크게 원통형, 각형, 폴리머로 나눌수 있다. 여기서, 원통형 배터리는 원통형의 형태로 형성된 배터리로서 고용량, 고출력의 특징을 가지고 있다. 따라서, 원통형 배터리는 주로 전력을 많이 필요로 하는 제품 및 분야에 사용된다. 예를 들어, 순간적으로 큰 힘이 요구되는 전동공구, 전기자동차, 전기 자전거 등에 적용될 수 있다.
한편, 원통형 배터리는, 일반적으로 다수 개의 원통형 배터리 셀로 구성된다. 원통형 배터리를 제작하기 위해서는 다수 개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 과정이 필요하다. 이와 같이 다수 개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 방식은, 일반적으로 셀의 상부 부분과 니켈 플레이트를 저항 용접하는 방식으로 이루어진다. 즉, 예를 들어 스트립 형상을 갖는 니켈 플레이트의 한 부분은 배터리 셀의 상부 부분과 연결하고, 반대쪽 부분은 다른 배터리 셀과 연결된 니켈 플레이트와 용접 연결함으로써 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 것이다.
그러나, 이와 같은 방식을 이용하는 경우, 배터리 셀의 상부 부분과 니켈 플레이트가 연결되는 부분은 일부분이므로, 이는 배터리 셀에서 니켈 플레이트로 전류가 이동하는 접촉 면적이 일부분만 형성되는 구조를 가지게 된다. 여기서, 상기 니켈 플레이트는 재질 특성상 전기 전도성의 한계를 가지고 있다.
따라서, 상기와 같은 구조에서 배터리 셀의 높은 전류로 방전하는 경우, 높은 전류가 니켈 플레이트로 이동할 때 배터리 셀과 니켈 플레이트의 접촉 영역인 전류가 이동하는 면적과 니켈 플레이트의 전기 전도성의 한계로 인하여 니켈 플레이트와 배터리 셀에 많은 열이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 구조를 가지는 원통형 배터리에서, 배터리 셀이 높은 전류로 방전하는 경우, 배터리 셀과 니켈 플레이트의 발열 문제를 해결하고자 하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 원통형 배터리 셀의 방열 구조는, 배터리 셀의 상부 일부 영역과 접촉하며, 상기 배터리 셀의 전류가 방전되는 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트와 배터리 셀의 사이에 위치하되, 상기 배터리 셀과는 접촉하지 않도록 배치된 제2 플레이트; 상기 제2 플레이트와 상기 배터리 셀의 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀에 접촉하여 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달하는 열 전달부; 를 포함하여 구성되며, 상기 제2 플레이트는, 상기 제1 플레이트에서 배터리 셀과 접촉하지 않은 영역에 접촉되어 제1 플레이트에서 방전되는 전류가 추가적으로 방전되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2 플레이트는, 상기 제1 플레이트보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 플레이트는, 니켈로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2 플레이트는, 구리로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 열 전달부는, 열 전달물질(TIM)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 원통형 배터리 셀의 방열 시스템은, 배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 전류 측정부에서 측정된 배터리 셀의 전류가 소정의 값 이상일 경우, 배터리 셀의 전류가 방전되도록 제어하는 제어부; 상기 배터리 셀의 상부 일부 영역과 접촉하며, 상기 제어부의 제어에 따라 배터리 셀의 전류가 방전되는 제1 플레이트; 상기 배터리 셀과 제1 플레이트 사이에 위치하되 상기 배터리 셀과는 접촉하지 않도록 배치되며, 상기 제1 플레이트에서 배터리 셀과 접촉되지 않은 영역에 접촉되어 상기 제1 플레이트에서 방전되는 전류가 추가적으로 방전되는 제2 플레이트; 상기 제2 플렐이트와 상기 배터리 셀의 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀에 접촉하여 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달하는 열 전달부; 를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 제2 플레이트는, 상기 제1 플레이트보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 플레이트는, 니켈로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 제2 플레이트는, 구리로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 열 전달부는, 열 전달물질(TIM)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원통형 배터리의 구조에서, 전기 전도도가 다른 복수 개의 플레이트를 구성하여 배터리 셀의 방전 시 전류를 분산시킴으로써 전기 전도향상 효과로 인해 플레이트의 발열량을 감소시킬 수 있다.
또한, 배터리 셀과 플레이트 사이에 열 전달물질을 구성하여 셀에서 발생하는 열을 플레이트로 전달하도록 함으로써 셀의 온도를 감소시키는 방열 효과를 가지고 있다.
도1 은 종래의 배터리 셀의 전기적 연결 구조의 정면도이다.
도2 는 본 발명에 따른 배터리 셀의 방열 구조의 정면도이다.
도3 은 도2 의 부분 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
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 구별하는 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함된다. 또한 어떤 부분이 다른 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계” 는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
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.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도1 은 종래의 배터리 팩 제작 시 배터리 셀 간의 연결 구조를 간략히 도시한 도면이다.
상기 도1 을 참조하면, 종래의 원통형 배터리 팩을 제작하기 위한 다수 개의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하는 방식은, 배터리 셀(10)의 상부 일부 영역(A)과 니켈 플레이트(20)를 저항 용접하는 것으로 이루어졌다.
이러한 방식으로 연결된 구조를 가지는 원통형 배터리 팩에서, 배터리 셀의 전류가 일정 기준 값 이상인 경우 배터리 셀의 전류가 방전되도록 제어된다. 이 때, 배터리 셀의 전류가 방전되는 것은, 배터리 셀(10)의 전류가 배터리 셀과 니켈 플레이트가 접촉한 배터리 셀의 상부 일부 영역(A)을 통하여 니켈 플레이트(20)로 이동하게 된다. 즉, 배터리 셀 방전 시, 배터리 셀의 전류는 니켈 플레이트(20)로 이동하여 상기 니켈 플레이트(20)에서 방전되는 것이다.
그러나, 상기 니켈 플레이트(20)는 재질 특성상 전기 전도성의 한계가 있으므로 높은 전류로 배터리 셀이 방전되는 경우, 해당 전류가 니켈 플레이트(20)로 이동하게 되고, 이에 따라 상기 니켈 플레이트(20)는 배터리 셀(10)에서 이동되는 전류에 의해 많은 열이 발생하게 된다. 또한, 도1 에 도시된 바와 같이 배터리 셀(10)의 전류가 니켈 플레이트(20)로 이동하는 영역(A)은 배터리 셀의 일부 영역에 불과하므로 전류의 이동에도 한계를 가지고 있다. 따라서, 높은 전류로 배터리 셀이 방전되는 경우, 영역 A를 통하여 배터리 셀(10)에서 니켈 플레이트(20)로 원활히 이동하지 못한 전류에 의해 배터리 셀 또한 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 배터리 셀과 니켈 플레이트의 발열 문제는 배터리 셀이 손상되는 등과 같은 여러가지 문제를 야기시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 원통형 배터리의 구조에서 발생하는 배터리 셀과 니켈 플레이트의 발열 문제를 해결하기 위한 원통형 배터리 셀의 방열 구조를 제안하고자 한다.
도2 는 본 발명에 따른 원통형 배터리 셀의 방열 구조의 정면도이다.
상기 도2 를 참조하면, 원통형 배터리 셀의 방열 구조를 설계하기 위해서는 배터리 셀(100), 제1 플레이트(200), 제2 플레이트(300), 열 전달부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면에 도시된 바오 같이, 제1 플레이트(200)의 한쪽 부분은 배터리 셀의 상부 일부 영역(F)과 연결된다. 이에 따라, 배터리 셀이 방전되는 경우, 배터리 셀의 전류는 배터리 셀(100)과 제1 플레이트(200)가 접촉하는 영역(F)을 통하여 제1 플레이트(200)로 이동하게 되고, 이동한 전류는 제1 플레이트(200)에서 방전되는 것이다.
즉, 배터리 셀(100)과 제1 플렐이트(200)가 접촉하는 영역 'F'는, 배터리 셀의 전류가 제1 플레이트(200)로 이동하는 이동 영역이 되는 것이다. 따라서, 배터리 셀(100)의 전류가 제1 플레이트(200)로 이동함으로써 제1 플레이트에서 배터리 셀의 전류가 방전된다.
여기서, 제1 플레이트(100)는 예를 들어 스트립 형상을 가질 수 있다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(300)는 상기 배터리 셀(100)과 상기 제1 플레이트(200) 사이에 위치하되, 상기 배터리 셀과는 접촉하지 않도록 배치된다. 즉, 상기 제2 플레이트(300)는 배터리 셀의 전류가 제1 플레이트(200)로 이동하는 이동 영역(F)이 아닌 제1 플레이트의 부분과 배터리 셀 사이에 배치되는 것이다.
이와 같이 배치된 상기 제2 플레이트(300)에서는, 상기 제1 플레이트(200)에서 방전되는 배터리 셀의 전류가 추가적으로 방전될 수 있다.
이와 같은 방열 구조를 확대한 도3 을 참조하여 그 원리를 설명하면, 고방전율로 배터리 셀 방전 시, 배터리 셀의 전류는 이동 영역(F)을 통하여 제1 플레이트(200)로 이동하고, 제1 플레이트(200)로 이동한 배터리 셀의 전류가 제2 플레이트(300)로 이동하는 것이다. 즉, 배터리 셀의 전류가 하나의 플레이트로 이동하여 하나의 플레이트에서 배터리 셀의 전류가 방전되는 종래의 방식과는 달리 본 발명은 배터리 셀의 전류가 두 개의 플레이트로 분산되어 방전되는 구조이다.
따라서, 높은 전류로 배터리 셀이 방전되는 경우, 배터리 셀의 전류의 흐름은 제1 플레이트(200)에서 1차적으로 방전되고, 추가적으로 제2 플레이트(300)로 이동하여 방전되는 것이다.
이와 같이 배터리 셀의 전류가 두 개의 플레이트에서 방전되도록 함으로써, 하나의 플레이트에서 전류가 방전되는 것으로부터 발생하는 플레이트의 발열량을 감소시킬 수 있다.
여기서, 제2 플레이트(300)는 제1 플레이트(200)보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성된다. 예를 들어, 제1 플레이트(200)는 니켈(Ni)로 구성될 수 있으며, 제2 플레이트(300)는 니켈보다 전기 전도도가 높은 구리(Cu)로 구성될 수 있다.
한편, 열 전달부(400)는, 상기 제2 플레이트(300)와 상기 배터리 셀(100) 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀에 접촉하여 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트(300)로 전달하는 구성이다.
상기 열 전달부(400)는, 배터리 셀 방전 시 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달함으로싸 배터리 셀의 온도를 낮춰줄 수 있다. 상기 제2 플레이트(300)는 열 전도도가 높은 물질인, 예를 들어 구리(Cu)로 구성되므로 열 전달부(400)를 통하여 전달받은 배터리 셀에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방열할 수 있다.
따라서, 높은 전류로 방전하는 경우, 이동 영역(F)을 통하여 배터리 셀(100)에서 제1 플레이트(200)로 원활히 이동하지 못한 전류에 의해 배터리 셀에서 열이 발생하는 경우, 상기 열 전달부(400)가 해당 열을 제2 플레이트(300)로 전달하여 방열되도록 함으로써 배터리 셀의 발열 현상을 감소시킬 수 있다.
여기서 상기 열 전달부(400)는, 예를 들어, 열 전달/방출 물질(Thermal Interface Material)로 구성되며, 방열 그리스, 방열 시트, 방열 패드, 열전도성 접착제, PCM(상변화물질) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기에서 설명한 도2 의 방열 구조를 적용한 원통형 배터리 셀의 방열 시스템을 설명하도록 한다.
본 발명의 방열 구조를 적용하여 설계된 원통형 배터리 팩은 배터리 셀(100), 제1 플레이트(200), 제2 플레이트(300), 열 전달부(400), 전류 측정부(500) 및 제어부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
전류 측정부(500)는, 배터리 셀의 전류를 측정하는 구성이다.
한편, 제어부(600)는, 상기 전류 측정부(500)에서 측정된 배터리 셀의 전류가 소정의 값 이상일 경우, 배터리 셀(100)의 전류가 방전되도록 제어하는 구성이다.
상기 제어부(600)는, 배터리 셀이 과충전 또는 과방전 방지 역할을 수행하는 것이다. 즉, 상기 제어부(600)는 보호회로와 같은 구성으로 설명될 수 있다.
상기 제어부(600)에서 배터리 셀이 방전되도록 제어하면, 상기 배터리 셀(100)의 전류는 배터리 셀과 제1 플레이트(200)가 접촉하는 영역(F)을 통하여 제1 플레이트(200)로 이동하게 된다. 또한, 제1 플레이트(200)로 이동하여 방전되는 배터리 셀의 전류는 제2 플레이트(300)로 이동하게 된다. 따라서, 상기 제2 플레이트(300)에서는 상기 제1 플레이트(200)에서 방전되는 전류가 추가적으로 방전되는 것이다.
즉, 배터리 셀 방전 시, 배터리 셀의 전류가 제1 플레이트(200)에서 제2 플레이트(300)로 이동하며 두 개의 플레이트(200, 300)에서 분산되어 방전되는 것으로 설명할 수 있다.
여기서, 상기 제2 플레이트(300)는, 상기 제1 플레이트(200)보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성된다. 예를 들어, 제1 플레이트(200)는 니켈(Ni)로 구성되며, 제2 플레이트(300)는 구리(Cu)로 구성될 수 있다.
한편, 배터리 셀(100)과 제2 플레이트(300) 사이에 구비된 열 전달부(400)는 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달한다.
배터리 셀의 전류가 배터리 셀과 제1 플레이트(200)가 접촉하는 일부 영역(F)을 통하여 이동하므로, 높은 전류로 배터리 셀이 방전하는 경우 이동 영역(F)을 통하여 배터리 셀(100)에서 제1 플레이트(200)로 전류가 원활히 이동하지 못한 경우, 해당 전류에 의해 배터리 셀에서는 열이 발생할 수 있다. 이에, 배터리 셀(100)과 제2 플레이트(300) 사이에 열 전달부(400)를 구성하여 상기와 같은 경우 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트(300)로 전달함으로써 배터리 셀의 온도를 낮춰줄 수 있다.
이 때, 상기 제2 플레이트(300)는 상술한 바와 같이 전기 전도도가 높은 물질인 예를 들어, 구리(Cu)로 구성되므로 열 전달부(400)로부터 전달되는 배터리 셀의 열을 방열할 수 있는 것이다.
여기서 상기 열 전달부(400)는, 예를 들어, 열 전달/방출 물질(Thermal Interface Material)로 구성되며, 방열 그리스, 방열 시트, 방열 패드, 열전도성 접착제, PCM(상변화물질) 등을 포함하여 구성될 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 당업자는 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 원통형 배터리 셀의 방열 구조에 있어서,
    배터리 셀의 상부 일부 영역과 접촉하며, 상기 배터리 셀의 전류가 방전되는 제1 플레이트;
    상기 제1 플레이트와 배터리 셀의 사이에 위치하되, 상기 배터리 셀과는 접촉하지 않도록 배치된 제2 플레이트;
    상기 제2 플레이트와 상기 배터리 셀의 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀에 접촉하여 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달하는 열 전달부; 를 포함하여 구성되며,
    상기 제2 플레이트는, 상기 제1 플레이트에서 배터리 셀과 접촉되지 않은 영역에 접촉되어 제1 플레이트에서 방전되는 전류가 추가적으로 방전되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 플레이트는,
    상기 제1 플레이트보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 플레이트는,
    니켈로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 플레이트는,
    구리로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 전달부는,
    열 전달물질(TIM)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 구조.
  6. 원통형 배터리 셀의 방열 시스템에 있어서,
    배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 전류 측정부에서 측정된 배터리 셀의 전류가 소정의 값 이상일 경우, 배터리 셀의 전류가 방전되도록 제어하는 제어부;
    상기 배터리 셀의 상부 일부 영역과 접촉하며, 상기 제어부의 제어에 따라 배터리 셀의 전류가 방전되는 제1 플레이트;
    상기 배터리 셀과 제1 플레이트 사이에 위치하되 상기 배터리 셀과는 접촉하지 않도록 배치되며, 상기 제1 플레이트에서 배터리 셀과 접촉하지 않은 영역에 접촉되어 상기 제1 플레이트에서 방전되는 전류가 추가적으로 방전되는 제2 플레이트;
    상기 제2 플레이트와 상기 배터리 셀의 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀에 접촉하여 배터리 셀에서 발생하는 열을 제2 플레이트로 전달하는 열 전달부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 셀의 방열 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 플렐이트는,
    상기 제1 플레이트보다 전기 전도도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 플레이트는,
    니켈로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 플레이트는,
    구리로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 열 전달부는,
    열 전달물질(TIM)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 방열 시스템.
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