WO2022086076A1 - 배터리 차단 유닛 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Definitions

  • a battery disconnected unit capable of cutting off power may be disposed between the power conversion device and the battery module.
  • the battery cut-off unit may cut off the battery power in a situation such as a condition in which the current exceeds a set range, thereby improving the safety of the battery pack.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery cut-off unit.
  • the conventional battery cut-off unit includes a contactor 20 , a bus bar 30 electrically connected to the contactor 20 , a heat transfer pad 50 , and a cooling plate 60 .
  • the cooling plate 60 has a cooling passage 65 formed therein.
  • the cooling plate 60 is positioned on the contactor 20 and the bus bar 30 .
  • the heat transfer pad 50 is positioned between the cooling plate 60 and the contactor 20 and the bus bar 30 .
  • heat generated from the bus bar 30 may be radiated from the cooling plate 60 through the heat transfer pad 50 .
  • the cooling passage may include an inlet and an outlet formed on at least one side of the cooling plate.
  • It may further include a heat transfer pad positioned between the heat dissipation sheet and the cooling plate.
  • the heat transfer pad is a plate-shaped structure, and may include a silicone resin and a heat conductive material.
  • the heat dissipation sheet may be made of a heat dissipation plastic material.
  • FIG. 2 is a perspective view of the battery blocking unit according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of area A of the battery cut-off unit of FIG. 2 .
  • the battery cut-off unit 100 includes a frame (not shown) in which components such as the above-described contactor 200 , bus bar 300 , heat dissipation sheet 400 , and cooling plate 600 can be mounted. can do.
  • the frame may be divided into an upper cover and a lower frame, the parts may be mounted inside the lower frame, and the parts may be covered by the upper cover.
  • the frame may be made of a plastic material.
  • the contactor 200 is configured to supply and cut off High Voltage (HV) power to a device to which the battery blocking unit 100 is applied.
  • HV High Voltage
  • the contactor 200 may be electrically connected between a terminal of the battery pack and a power transmission system, and may be controlled by a Battery Management System (BMS) or a Vehicle Control Module (VCM).
  • BMS Battery Management System
  • VCM Vehicle Control Module
  • bus bar 300 the heat dissipation sheet 400 , and the cooling plate 600 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • the heat dissipation sheet 400 may be formed by insert injection together with at least a portion of the bus bar 300 . Accordingly, in the battery blocking unit 100 according to the present embodiment, the bus bar 300 and the heat dissipation sheet 400 are integrated with each other, so that space can be saved, and there are advantages in manufacturing cost and manufacturing process. In addition, while fixing the bus bar 300 , it is possible to prevent the insert-injected bus bar 300 from being damaged by other parts.
  • the heat dissipation sheet 400 may be made of a heat dissipation plastic material.
  • the bus bar 300 is insert-injected into the heat dissipation sheet 400 , and heat generated in a large amount from the bus bar 300 may be transferred to the cooling plate 600 through the heat dissipation sheet 400 .
  • the heat generated by the bus bar 300 may be effectively cooled.
  • heat transferred from the heat dissipation sheet 400 to the cooling plate 600 may be transmitted to the refrigerant path of the battery pack located outside the battery blocking unit 100 through the cooling plate 600 . Accordingly, the heat generated by the bus bar 300 may be cooled more effectively.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 차단 유닛은, 접촉기; 상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 버스바; 상기 버스바의 적어도 일부와 함께 인서트 사출되는 방열 시트; 및 상기 방열 시트의 하부에 위치하는 냉각 플레이트를 포함하고, 상기 버스바의 단부가 상기 접촉기에 전기적으로 연결된다.

Description

배터리 차단 유닛 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 10월 21일자 한국 특허 출원 제10-2020-0136759호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 차단 유닛 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 방열 성능이 향상된 배터리 차단 유닛 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다.
또한, 전력 변환 장치와 전지 모듈 사이에는 전원을 차단할 수 있는 배터리 차단 유닛(Battery Disconnected Unit: BDU)이 배치될 수 있다. 상기 배터리 차단 유닛은 전류가 설정 범위를 넘는 조건과 같은 상황 시 배터리 전원을 차단하여, 전지 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 차단 유닛에 대한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 차단 유닛은 접촉기(20), 접촉기(20)와 전기적으로 연결된 버스바(30), 열 전달 패드(50), 및 냉각 플레이트(60)를 포함한다. 여기서, 냉각 플레이트(60)는 냉각 유로(65)가 형성되어 있다. 또한, 냉각 플레이트(60)는 접촉기(20) 및 버스바(30)의 상에 위치한다. 또한, 열 전달 패드(50)는 냉각 플레이트(60)와 접촉기(20) 및 버스바(30) 사이에 위치한다. 여기서, 종래의 배터리 차단 유닛은, 버스바(30)에서 발생된 열은 열 전달 패드(50)를 거쳐 냉각 플레이트(60)에서 방열될 수 있다.
최근에 들어, 전기차의 요구 출력이 증대하고, 충전 시간을 감소시키고자 하는 기술적 니즈가 존재하였고, 이에 따라 배터리 차단 유닛 내 부품의 통전 전류량이 증가하게 되었다. 특히, 종래의 배터리 차단 유닛은 통전 전류량에 비례하여 버스바의 단면적을 증가시켜, 배터리 차단 유닛의 과도한 온도 상승을 방지하고자 하였다. 그러나, 도 1과 같이, 배터리 차단 유닛 내에서, 버스바의 단면적을 증가시키는 데에는 구조적인 제약이 있어, 이를 통해 방열 성능을 향상시키는 것 또한 제한이 있다. 이에 따라, 종래의 배터리 차단 유닛의 구조적 한계를 벗어나면서도, 방열 성능이 향상된 배터리 차단 유닛에 대한 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 방열 성능이 향상된 배터리 차단 유닛및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 차단 유닛은, 접촉기; 상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 버스바; 상기 버스바의 적어도 일부와 함께 인서트 사출되는 방열 시트; 및 상기 방열 시트의 하부에 위치하는 냉각 플레이트를 포함하고, 상기 버스바의 단부가 상기 접촉기에 전기적으로 연결된다.
상기 버스바의 단부는 상기 방열 시트의 상면에 수직인 방향으로 구부러져 있되, 상기 접촉기를 향해 연장되어 있을 수 있다.
상기 냉각 플레이트는 냉각 유로를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유로는 상기 냉각 플레이트의 적어도 일측면에 형성되어 있는 유입구 및 배출구를 포함할 수 있다.
상기 유입구에 냉각수가 주입될 수 있다.
상기 유입구와 상기 배출구는 상기 냉각 플레이트의 동일한 측면에 형성되어 있을 수 있다.
상기 방열 시트와 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하는 열 전달 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 열 전달 패드는 판상형 구조체이고, 실리콘 수지 및 열전도 물질을 포함할 수 있다.
상기 버스바의 두께는 상기 방열 시트의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 방열 시트는 방열 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 배터리 차단 유닛을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 버스바의 적어도 일부가 함께 인서트 사출되는 방열 시트를 포함하는 배터리 차단 유닛 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 버스바의 단면적을 최소화하면서도 방열 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 배터리 차단 유닛에 대한 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 배터리 차단 유닛에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 차단 유닛의 A 영역에 대한 단면도이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 차단 유닛에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 배터리 차단 유닛의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 배터리 차단 유닛에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2의 배터리 차단 유닛의 A 영역에 대한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 차단 유닛(100)은, 접촉기(200); 접촉기(200)에 전기적으로 연결되는 버스바(300); 버스바(300)의 적어도 일부와 함께 인서트 사출되는 방열 시트(400); 및 방열 시트(400)의 하부에 위치하는 냉각 플레이트(600)를 포함하고, 버스바(300)의 단부가 접촉기(200)에 전기적으로 연결된다.
여기서, 배터리 차단 유닛(100)은 전지 팩이 전기적 부하인 동력 전달 시스템에 선택적으로 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 배터리 차단 유닛(100)은 상술한 접촉기(200), 버스바(300), 방열 시트(400), 및 냉각 플레이트(600) 등의 부품이 장착될 수 있는 프레임(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 프레임은 상부 커버 및 하부 프레임으로 구분되어, 상기 하부 프레임 내부에 상기 부품들이 장착되고, 상기 상부 커버에 의해 상기 부품들을 덮을 수 있다. 일 예로, 상기 프레임은 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.
접촉기(200)는 배터리 차단 유닛(100)이 적용되는 디바이스에 HV(High Voltage) 파워를 공급 및 차단하는 기능을 담당하는 구성이다. 여기서 접촉기(200)는 전지 팩의 단자와 동력 전달 시스템 사이에 전기적으로 연결될 수 있고, BMS(Battery Management System) 혹은 VCM(Vehicle Control Module)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시 예에 따른 버스바(300), 방열 시트(400), 및 냉각 플레이트(600)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
버스바(300)는 접촉기(300) 등을 전지 팩의 단자나 동력 전달계 시스템에 연결하기 위한 구성이다. 여기서, 버스바(300)의 단부는 접촉기(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 버스바(300)는 전기 전도성을 가지는 금속 판재일 수 있다.
방열 시트(400)는 버스바(300)의 적어도 일부와 함께 인서트 사출되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 배터리 차단 유닛(100)은 버스바(300)와 방열 시트(400)가 서로 일체화되어, 공간적으로 절약될 수 있고, 제조 비용 및 제조 공정 상 이점이 있다. 또한, 버스바(300)를 고정시킴과 동시에, 인서트 사출되어 있는 버스바(300)가 다른 부품에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 방열 시트(400)는 방열 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 방열 시트(400)는 접촉기(200) 및 버스바(300)의 하부와 냉각 플레이트(600) 사이에 위치하여, 방열 시트(400)는 버스바(300)에서 발생된 열을 냉각 플레이트(600)로 바로 전달할 수 있고, 방열 성능이 향상될 수 있다.
또한, 버스바(300)의 단부는 방열 시트(400)의 상면에 수직인 방향으로 구부러져 있되, 접촉기(200)를 향해 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 방열 시트(400)는 버스바(300)의 두께보다 두꺼운 두께를 가져, 버스바(300)의 적어도 일부가 외부로 노출되지 않을 수 있다. 이에 따라, 방열 시트(400)로부터 버스바(300)의 단부만 외부로 노출되어 있어, 접촉기(200)에 전기적으로 연결되는 버스바(300)의 단면적을 최소화할 수 있다. 또한, 방열 시트(400)는 인서트 사출된 버스바(300)의 적어도 일부의 전면에 접촉할 수 있어, 버스바(300)에서 발생된 열이 방열 시트(400)를 통해 효과적으로 방열될 수 있다.
또한, 냉각 플레이트(600)는 방열 시트(400)의 하부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 방열 시트(400)는 냉각 플레이트(600)에 직접 접촉하여, 버스바(300)에서 발생된 열이 방열 시트(400) 외부로 방열될 수 있다.
보다 구체적으로, 냉각 플레이트(600)는 냉각 유로(650)를 포함할 수 있다. 냉각 유로(650)는 냉각 플레이트(600)의 적어도 일 측면에 형성되어 있는 유입구 및 배출구를 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각 유로(650)는 상기 유입구로 냉각수가 주입되고, 상기 배출부로 상기 냉각수가 배출될 수 있다.
일 예로, 냉각 유로(650)는 상기 유입구와 상기 배출구는 상기 냉각 플레이트의 동일한 측면에 형성되어 있을 수 있다. 다만, 이에 제한되지 아니하여, 상기 유입구 및 상기 배출구는 배터리 차단 유닛(100) 내부 구조상의 제약을 벗어나지 않는 한 다양한 위치에 형성되어 있을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 배터리 차단 유닛(100)이 전지 팩에 배치되는 경우, 상기 전지 팩에는 냉각을 위해 유동하는 냉매 경로가 형성되어 있을 수 있다. 즉, 전지 팩 외부로부터 유입된 냉매가 전지 팩 내부의 각 부품들로부터 발생한 열을 흡수한 후, 다시 전지 팩 외부로 배출되는 순환 구조가 형성될 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 냉각 플레이트(600)의 일면은 배터리 차단 유닛(100)의 외부로 노출되어 있을 수 있다. 여기서, 냉각 플레이트(600)는 일면이 배터리 차단 유닛(100)의 외부로 노출되어, 상기 전지 팩의 상기 냉매 경로와 접하거나 연결될 수 있다.
이와 더불어, 버스바(300)는 방열 시트(400)에 인서트 사출되어, 버스바(300)에서 다량으로 발생된 열은 방열 시트(400)를 거쳐 냉각 플레이트(600)로 전달될 수 있다. 이 때, 방열 시트(400)가 냉각 플레이트(600)에 직접 접촉할 수 있어, 버스바(300)에서 발생된 열은 효과적으로 냉각될 수 있다. 또한, 방열 시트(400)에서 냉각 플레이트(600)에 전달된 열은 냉각 플레이트(600)를 통해 배터리 차단 유닛(100) 외부에 위치하는 상기 전지 팩의 상기 냉매 경로에 전달될 수 있다. 이에 따라, 버스바(300)에서 발생된 열은 보다 효과적으로 냉각될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 차단 유닛(100)은, 방열 시트(400)와 냉각 플레이트(600) 사이에 위치하는 열 전달 패드(500)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 열 전달 패드(500)는 판상형 구조체이고, 실리콘 수지 및 열전도 물질을 포함할 수 있다. 상기 열전도 물질에는 특별한 제한이 없으며, 금속 파우더, 그라파이트(graphite) 등을 포함할 수 있다. 또한, 다른 일 실시 예에 따르면, 열 전달 패드(500)는 열 전달 물질(Thermal Interface Material)이 도포되어 있는 열 전달층으로 대체될 수 있다.
여기서, 열 전달 패드(500)는 방열 시트(400)와 냉각 플레이트(600) 사이에 압축되도록 구성될 수 있고, 이에 따라 방열 시트(400)와 냉각 플레이트(600) 사이에 면접촉을 보다 극대화할 수 있다. 또한, 열 전달 패드(500)의 압축에 의존하여 냉각 플레이트(600)와 방열 시트(400) 사이의 열 전달을 위한 간접적 접촉을 유지할 수 있다.
앞에서, 설명한 본 실시예에 따른 배터리 차단 유닛은 전지 모듈, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 배터리 차단 유닛이나 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 배터리 차단 유닛
200: 접촉기
300: 버스바
400: 방열 시트
500: 열 전달 패드
600: 냉각 플레이트
650: 냉각 유로

Claims (11)

  1. 접촉기;
    상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 버스바;
    상기 버스바의 적어도 일부와 함께 인서트 사출되는 방열 시트; 및
    상기 방열 시트의 하부에 위치하는 냉각 플레이트를 포함하고,
    상기 버스바의 단부가 상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 배터리 차단 유닛.
  2. 제1항에서,
    상기 버스바의 단부는 상기 방열 시트의 상면에 수직인 방향으로 구부러져 있되, 상기 접촉기를 향해 연장되어 있는 배터리 차단 유닛.
  3. 제1항에서,
    상기 냉각 플레이트는 냉각 유로를 포함하는 배터리 차단 유닛.
  4. 제1항에서,
    상기 냉각 유로는 상기 냉각 플레이트의 적어도 일측면에 형성되어 있는 유입구 및 배출구를 포함하는 배터리 차단 유닛.
  5. 제4항에서,
    상기 유입구에 냉각수가 주입되는 배터리 차단 유닛.
  6. 제4항에서,
    상기 유입구와 상기 배출구는 상기 냉각 플레이트의 동일한 측면에 형성되어 있는 배터리 차단 유닛.
  7. 제1항에서,
    상기 방열 시트와 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하는 열 전달 패드를 더포함하는 배터리 차단 유닛.
  8. 제7항에서,
    상기 열 전달 패드는 판상형 구조체이고, 실리콘 수지 및 열전도 물질을 포함하는 배터리 차단 유닛.
  9. 제1항에서,
    상기 버스바의 두께는 상기 방열 시트의 두께보다 얇은 베터리 차단 유닛.
  10. 제1항에서,
    상기 방열 시트는 방열 플라스틱 물질로 이루어지는 배터리 차단 유닛.
  11. 제1항에 따른 배터리 차단 유닛을 포함하는 전지 팩.
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