KR20230039025A - 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자동차에 장착되는 배터리 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그라파이트 시트의 높은 열전도 및 전기전도 특성을 이용하여 배터리의 방열 및 예열을 신속하고 효율적으로 구현할 수 있는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체는, 복수 개가 일정한 이격공간을 두고 서로 평행하게 배치되는 배터리 셀과; 상기 이격공간 내에 삽입되어 배터리 셀과 접촉을 이루도록 설치되고, 외부에서 인가되는 전류에 의해 발열되어 배터리 셀을 예열하는 그라파이트 시트와; 배터리 셀의 외부에서 그라파이트 시트의 일부분과 접촉을 이루며 설치되고, 배터리 셀에서 발생하여 그라파이트 시트를 통해 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템{Battery assembly with thermal spread and preheating functions and a battery thermal management system including the same}
본 발명은 전기 자동차에 장착되는 배터리 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그라파이트 시트의 높은 열전도 및 전기전도 특성을 이용하여 배터리의 방열 및 예열을 신속하고 효율적으로 구현할 수 있는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차에 사용되는 리튬이온 배터리는 외장케이스의 종류에 따라 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용되는 캔형 배터리와, 필름으로 만든 파우치에 전극조립체(2개의 전극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성)를 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 배터리로 구분할 수 있다.
최근에는 리튬이온 배터리를 유연성을 지닌 파우치형으로 제조하여 차량용 배터리에 사용하고 있는데, 이러한 파우치형 배터리는 그 형상이 비교적 단순하고 가볍기 때문에 다수의 배터리 셀을 적층해야 하는 전기 자동차용 배터리에 유용하게 사용되고 있다.
한편, 전기 자동차에 사용되는 리튬이온 배터리는 고속 충전, 고출력, 충전 및 방전을 여러 번 반복함에 따라 열이 발생하고, 이로 인해 배터리에 국부적인 온도 차이가 발생하거나 고열이 발생하게 됨으로써 배터리의 효율을 저하시키고 안정성을 저해하는 현상이 발생하게 된다.
리튬이온 배터리와 같은 화학전지는 온도에 민감하기 때문에 외부 온도가 높으면 배터리 내부에 있는 전해액, 활물질, 분리막 등의 화학반응성이 증가하여 배터리가 과열되고, 반대로 외부 온도가 낮으면 배터리의 성능 저하로 이어지는 문제가 있다. 따라서, 전기 자동차의 안정적 운전을 확보하기 위해서는 배터리가 최적의 성능을 나타내는 약 20~25℃의 온도 대역으로 배터리의 온도를 유지하는 것이 무엇보다 중요하다.
한편, 종래에는 배터리의 발열 방지나 배터리의 예열을 위하여 그 사용 목적에 맞는 기능을 하는 각종 소재나 장치 등을 이용하여 배터리의 방열 및 예열을 수행하여 왔는데, 외부 온도가 높은 고온 환경 하에서는 열전달 특성이 우수한 소재 등을 이용하여 배터리의 온도를 낮추었고, 외부 온도가 낮은 저온 환경에서는 히트펌프 등의 발열수단을 이용하여 배터리의 온도를 높이는 방법이 주로 사용되었다.
그러나, 이와 같은 종래의 방식은 배터리의 방열 및 예열을 위해 각각의 사용목적에 부합하는 각종 소재나 장치를 사용하여 배터리의 방열 및 예열을 수행해야만 했기 때문에, 장치 구성에 따른 비용과 무게의 증가가 수반되고 효율성도 떨어뜨리게 되는 문제점이 있었다.
특히, 배터리의 예열(warm up)을 위해 사용하였던 히트펌프는 히트펌프 내부를 순환하는 냉매와 열교환되어 온도가 높아진 냉각수를 배터리 모듈 외부에 장착된 냉각 플레이트와 접촉되어 있는 히트 싱크(Heat sink) 내부로 흘려보내어, 히트 싱크 내부를 순환하는 고온의 냉각수가 냉각 플레이트로 열을 전달하여 배터리 셀을 예열시키는 간접적인 열 전달 방식으로 운용됨으로써 배터리의 예열 시 효율성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록 제10-1190736호(2012.10.08)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 셀 사이에 삽입된 그라파이트 시트의 높은 열전도 및 전기전도 특성을 이용하여 배터리의 방열 및 예열 기능을 동시에 구현할 수 있고, 배터리의 방열 및 예열을 빠르고 효율적으로 구현할 수 있도록 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체는, 복수 개가 일정한 이격공간을 두고 서로 평행하게 배치되는 배터리 셀과; 상기 이격공간 내에 삽입되어 배터리 셀과 접촉을 이루도록 설치되고, 외부에서 인가되는 전류에 의해 발열되어 배터리 셀을 예열하는 그라파이트 시트와; 배터리 셀의 외부에서 그라파이트 시트의 일부분과 접촉을 이루며 설치되고, 배터리 셀에서 발생하여 그라파이트 시트를 통해 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 그라파이트 시트는 'U'자형으로 절곡된 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 그라파이트 시트는, 배터리 셀 사이에 형성된 이격공간에 평행하게 삽입되어 배터리 셀과 접촉을 이루는 한 쌍의 제1 그라파이트 시트부와, 배터리 셀의 외곽에 배치되어 제1 그라파이트 시트부의 끝단에 수직으로 연결되며 방열체와 접촉을 이루는 제2 그라파이트 시트부를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 절연처리된 제1 그라파이트 시트부의 상면에는 전류 인가를 위한 전극부가 형성될 수 있다.
아울러, 상기 절연처리된 제2 그라파이트 시트부의 외부면은 상기 방열체와 면접촉을 이루며 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 배터리 조립체에는, 배터리 셀의 온도를 검출할 수 있는 온도센서가 더 설치될 수 있으며, 상기 온도센서를 통해 검출된 배터리 셀의 온도에 따라 외부의 전원인가장치에서 그라파이트 시트에 인가되는 전류를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 전원인가장치는 온도센서를 통해 검출된 배터리 셀의 현재 온도가 배터리 셀의 성능이 저하되는 제1 설정온도에 도달될 경우, 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 배터리 셀의 최적 성능이 발휘되는 제2 설정온도까지 도달되도록 배터리 셀을 예열시킬 수 있다.
한편, 방열 및 예열 기능을 가지는 본 발명의 배터리 열관리 시스템은, 복수 개가 일정한 이격공간을 두고 서로 평행하게 배치되는 배터리 셀과, 상기 이격공간 내에 삽입되어 배터리 셀과 접촉을 이루도록 설치되고 외부에서 인가되는 전류에 의해 발열되어 배터리 셀을 예열하는 그라파이트 시트와, 배터리 셀의 외부에서 그라파이트 시트의 일부분과 접촉을 이루며 설치되고 배터리 셀에서 발생하여 그라파이트 시트를 통해 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열체를 포함하는 배터리 조립체와; 상기 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 그라파이트 시트를 설정온도까지 발열시키는 전원인가장치를 포함하되,
상기 배터리 셀의 충방전시 또는 배터리 셀의 사용 시 발생하는 열을 그라파이트 시트를 통해 방열체로 전달하여 배터리 셀을 냉각시키고,
상기 배터리 셀의 현재 온도가 배터리 셀의 성능이 저하되는 제1 설정온도에 도달될 경우, 전원인가장치를 통해 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 배터리 셀을 최적 성능이 발휘되는 제2 설정온도까지 도달되도록 예열시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 배터리 셀 사이에 설치된 그라파이트 시트의 높은 열전도 특성 및 전기전도 특성을 이용하여 동일 소재로 배터리의 방열(Cooling) 기능과 예열(Warm up) 기능을 동시에 구현할 수 있기 때문에 기존기술 대비 배터리의 방열 및 예열을 위한 장치 구성이 간단하여 비용이 절감되고 무게가 감소되는 장점이 있다.
또한, 배터리 셀과 셀 사이에 면접촉을 이루며 설치된 그라파이트 시트를 통해 이웃하는 배터리 셀 부분으로 직접적으로 열을 전달하기 때문에 배터리의 방열 및 예열을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있기 때문에 배터리의 열관리 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리가 저온 외기 환경에 노출되었을 경우 그라파이트 시트의 양 끝단에 구비된 전극부에 전류를 인가함으로써 그라파이트 시트의 순간적인 방열을 통해 배터리의 온도를 빠르게 높일 수 있기 때문에 배터리의 예열작업이 빠르게 수행될 수 있으며, 이로 인해 배터리의 온도 하강에 따라 발생하는 배터리의 성능 저하 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리의 충,방전 과정에서 발생하는 열을 배터리 셀들 사이에 삽입된 그라파이트 시트를 통해 방열체로 전달하여 내부를 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 효율적으로 외부로 방출시킬 수 있기 때문에 배터리의 냉각효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체의 구조를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 배터리 조립체를 포함하는 배터리 열관리 시스템의 구성을 보여주는 구성도.
도 4는 본 발명의 배터리 열관리 시스템에 있어서, 온도센서를 통해 검출된 온도에 따라 배터리의 방열 및 예열이 수행되는 과정을 설명하는 플로우 차트.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체 및 이를 포함하는 배터리 열관리 시스템에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 배터리 조립체를 포함하는 배터리 열관리 시스템의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 열관리 시스템은, 배터리 조립체(100)와, 배터리 조립체(100)에 전원을 인가하는 전원인가장치(150)와, 온도센서(170)를 통해 검출된 현재 배터리 온도에 따라 전원인가장치(150)를 통해 배터리 조립체(100)에 전원이 인가되도록 제어하는 제어부(160)를 포함하여 구성된다.
배터리 조립체(100)는 복수의 배터리 셀(110)과, 배터리 셀(110) 사이에 삽입되는 복수의 그라파이트 시트(Graphite sheet; 120)와, 외부의 전원인가장치(150)와 연결되어 그라파이트 시트(120)에 전류를 인가하는 전극부(130)와, 배터리 셀(110)로부터 발생되는 열을 그라파이트 시트(120)를 통해 전달받아 외부로 방출하는 방열체(140)를 포함하여 구성된다.
배터리 셀(110)은 복수 개가 일정한 이격공간(S)을 두고 평행하게 배열되며, 상기 배터리 셀과 셀 사이에 형성되는 이격공간(S) 내부로 그라파이트 시트(120)가 삽입되어, 그라파이트 시트(120)는 이웃하는 배터리 셀(110)과 면접촉을 이루며 설치된다.
그라파이트 시트(120)는 탄소 원자가 육각형 구조로 배열된 구조를 가지는 그라파이트(Graphite) 소재를 일정 두께의 판상 시트(plate sheet) 구조로 제작된 것이다.
이와 같은 방식으로 제작되는 본 발명의 그라파이트 시트(120)는 그라파이트 소재 자체가 지니는 탄소 배열 구조로 인해 높은 열전도성과 전기전도성을 가지게 되며, 이러한 그라파이트 시트(120)를 배터리 셀(110)과 셀 사이에 직접 접촉되는 구조로 설치함에 따라, 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 방열체(140) 부분으로 빠르게 전달하여 외부로 방출시킬 수 있다.
또한, 배터리 셀(110)의 예열(warm up)이 필요한 저온 환경에서는 외부의 전원인가장치(150)를 통해 그라파이트 시트(120)에 전류를 인가하여 발열시킴으로써 배터리 셀(110)을 예열시킬 수 있다.
전극부(130)는 전원(152)의 (+)극에 연결되는 양전극부(132)와, (-)극에 연결되는 음전극부(134)를 포함하며, 상기 양전극부(132)와 음전극부(134)는 그라파이트 시트(120)의 양측 상단 중앙 부분에 배치될 수 있다.
따라서, 그라파이트 시트(120)의 양쪽 상단 부분에 형성된 전극부(130)에 외부의 전원인가장치(150)를 통해 전류를 흘려주면, 낮은 열저항 특성을 지니고 있는 그라파이트 시트(120)가 빠르게 발열될 수 있고, 이렇게 발열된 열을 면접촉 상태에 있는 인접한 배터리 셀(110)로 신속하게 전달함으로써 배터리 셀(110)을 빠르게 예열시킬 수 있다.
방열체(Heat sink; 140)는 배터리 셀(110)의 하부에서 배터리 셀(110)의 외곽에 위치한 그라파이트 시트(120)의 일부분과 면접촉을 이루도록 설치된다. 이러한 방열체(140)는 배터리 셀(110)에서 발생하여 그라파이트 시트(120)를 통해 전달되는 열을 외부로 신속하게 방출시킴으로써 배터리 셀(110)을 빠른 시간 안에 냉각시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 그라파이트 시트(120)는 'U'자(또는 'ㄷ'자) 형태로 절곡된 형상을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 그라파이트 시트(120)는, 배터리 셀(110) 사이에 형성된 이격공간(S) 내에 삽입되어 배터리 셀(110)과 면접촉을 이루는 한 쌍의 제1 그라파이트 시트부(122)와, 배터리 셀(110)의 하부 외곽에 배치되어 상기 한 쌍의 제1 그라파이트 시트부(122)의 하단에 수직으로 연결되는 제2 그라파이트 시트부(124)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제2 그라파이트 시트부(124)의 하부면은 방열체(140)의 상부면과 면접촉을 이루며 설치될 수 있다.
그리고, 제1 그라파이트 시트부(122)의 상부면은 절연처리되어, 상기 절연처리된 양쪽 제1 그라파이트 시트부(122)의 상부면 중앙에 양전극부(132) 및 음전극부(134)가 각각 형성될 수 있다.
또한, 제2 그라파이트 시트부(124)의 하부면도 상기 제1 그라파이트 시트부(122)와 마찬가지 방식으로 절연처리되어, 상기 절연처리된 제2 그라파이트 시트부(124)의 하부면이 방열체(140)의 상부면과 면접촉을 이루며 설치됨으로써, 전극부(130)를 통해 제1 그라파이트 시트부(122)로 인가되는 전류가 방열체(140) 부분으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
이 경우, 필요에 따라 상기 제1 그라파이트 시트부(122)와 제2 그라파이트 시트부(124)의 외면 전체가 절연처리될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 그라파이트 시트(120)를 'U'자(또는 'ㄷ'자) 형태로 구성하였으나, 상기 'U'자 형태 이외에도 방열체(140)의 상부면과 면접촉을 유지할 수 있는 'Ⅰ'자, 'L'자, '□'자 형태 등의 다양한 형태로 구성하는 것도 가능하다.
방열체(140)의 내부에는 전기 자동차에 장착된 히트펌프 시스템(Heat pump system)을 순환하는 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환될 수 있는 냉각수 순환통로(144)가 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 방열체(140) 부분은 상기 언급된 전기 자동차의 히트펌프 시스템 이외에도 다양한 기술분야에서 적용하고 있는 고온/저온 컨트롤 시스템과 연결하여 구성하는 것도 가능하다.
또한, 방열체(140)의 양 측면 및 하부면에는 판 형상을 가지는 복수 개의 방열핀(142)이 추가적으로 형성될 수 있다. 이와 같은 방열핀(142)은 방열체(140)의 방열면적을 증가시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 배터리 조립체(100)의 내부에는 배터리 셀(110) 및 전극부(130)의 온도를 검출할 수 있는 하나 이상의 온도센서(170)가 설치될 수 있다.
전원인가장치(150)는 전원(152)과 연결되어 상기 전원(152)의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 상기 전원인가장치(150)는 제어부(160)와 연결되어 상기 제어부(160)로부터 전송되는 제어신호에 의해 작동이 제어될 수 있다.
이 경우, 제어부(160)는 온도센서(170)를 통해 검출된 배터리 셀(110)의 현재 온도 상황에 따라 전원인가장치(150)를 제어하여 그라파이트 시트(120)로 인가되는 전류량을 제어할 수 있다.
예를 들어, 외기온도가 낮은 겨울철에는 배터리 셀(110)의 성능이 저하될 수 있기 때문에, 제어부(160)에서는 온도센서(170)를 통해 검출된 배터리 셀(110)의 현재 온도(Tb)가 배터리 셀(110)의 성능이 저하되는 제1 설정온도(Tc) 미만일 경우, 전원인가장치(150)를 통해 그라파이트 시트(120)에 전류를 인가하여 그라파이트 시트(120)를 발열시킬 수 있다.
이 경우, 제어부(160)는 배터리 셀(110)의 현재 온도 상황에 따라 그에 맞는 공급 전류량을 산출하여 그라파이트 시트(120)로 공급하여 발열시킬 수 있고, 그라파이트 시트(120)의 발열을 통해 배터리 셀(110)을 최적 성능이 발휘될 수 있는 제2 설정온도(Th) 이상의 온도에 도달될 때까지 배터리 셀(110)을 예열시킬 수 있다.
반면, 외기온도가 높은 여름철에는 배터리 셀(110)이 설계온도 이상으로 과열되어 위험상황을 초래할 수 있고, 또한 배터리의 충방전 시 및 배터리 셀(110)이 사용되는 과정에서 과열되어 위험 상황을 초래할 수 있다. 이러한 경우, 배터리 셀(110)에서 발생하는 열이 열전도 특성이 우수한 그라파이트 시트(120)를 통해 방열체(140) 부분으로 빠르게 전달되어 외부로 방출되기 때문에 배터리 셀(110)이 과열되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 배터리 셀(110)로부터 발생되어 그라파이트 시트(120)를 거쳐 방열체(140)로 전달되는 고온의 열이 방열체(140)의 내부를 순환하는 저온의 냉각수와 열교환되어 외부로 방출되기 때문에 배터리의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
한편, 도 4의 플로우 차트에서는 본 발명의 배터리 열관리 시스템에서 온도센서를 통해 검출된 배터리 온도에 따라 배터리의 방열 및 예열이 수행되는 과정을 순차적으로 보여주고 있다.
도 4의 플로우 차트를 참조하면, 먼저, 온도센서(170)를 통해 배터리 셀(110)의 현재 온도를 측정하여 제어부(160)로 전송한다.(S210)
그리고, 제어부(160)에서는 온도센서(170)를 통해 검출된 현재 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정된 온도 범위 내에 존재하는지 여부를 판단한다.(S220)
여기서, 상기 설정 온도범위는 배터리가 최적 성능을 발휘할 수 있는 온도 대역의 범위를 말한다.
여기서, 상기 (S220) 단계에서 배터리 셀(110)의 현재 온도(Tb)가 설정된 온도범위 내에 존재하는 것으로 판단되면 배터리 셀(110)의 방열이나 예열이 필요없는 상황이기 때문에 제어를 종료한다.
반면, 상기 (S220) 단계로부터 현재 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정된 온도범위 내에 존재하지 않을 경우, 현재 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 배터리의 성능 저하로 이어질 수 있는 설정 온도값(Th) 미만인 것으로 확인되면 전원인가장치(150)를 통해 그라파이트 시트(120)에 전류를 인가하여 배터리 셀(110)을 예열시킨다.(S230)
이어서, 현재의 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정 온도값(Th) 이상으로 올라왔는지 여부를 판단(S240)하고, 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정 온도값(Th) 이상이 될 때까지 배터리 셀(110)을 예열시키게 된다.
한편, 상기 (S220) 단계에서 현재 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 배터리 냉각이 필요한 설정 온도값(Tc) 이상일 경우에는 배터리 셀(110)의 열이 높은 열전도 특성을 갖는 그라파이트 시트(120)를 통해 방열체(140) 부분으로 전달되어 외부로 방출됨으로써 배터리 셀(110)의 냉각작용을 수행할 수 있고, 이와 함께 전기 자동차에 장착된 공조 시스템(히트펌프 시스템)을 배터리 냉각모드로 구동함으로써 배터리 셀(110)의 열이 방열체(140) 내부를 순환하는 저온의 냉각수와 열교환되어 방출되도록 함으로써 배터리 셀(110)을 추가적으로 냉각시킬 수 있다.(S250)
이어서, 현재의 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정 온도값(Tc) 이하로 떨어졌는지 여부를 판단(S260)하고, 배터리 셀(110)의 온도(Tb)가 설정 온도값(Tc) 이하로 떨어질 때까지 배터리 셀(110)을 냉각시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 배터리 셀(110) 사이에 설치된 그라파이트 시트(120)의 높은 열전도 특성 및 및 전기전도 특성을 이용하여 동일 소재로 배터리 셀(110)의 방열 기능과 예열 기능을 동시에 구현할 수 있기 때문에 기존기술 대비 배터리의 방열 및 예열을 위한 장치 구성이 간단하여 비용을 절감시킬 수 있다.
그리고, 배터리 셀과 셀 사이에 면접촉을 이루며 설치된 그라파이트 시트(120)를 통해 이웃하는 배터리 셀(110) 부분으로 직접적으로 열을 전달하기 때문에 배터리의 방열 및 예열을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있고, 이를 통해 배터리의 열관리 효율성을 높일 수 있다.
또한, 배터리가 저온 환경에 방치되었을 경우 그라파이트 시트(120)의 양 끝단에 구비된 전극부(130)에 전류를 인가하여 그라파이트 시트(120)의 순간적인 방열을 통해 배터리 셀(110)의 온도를 빠르게 높일 수 있기 때문에 배터리 셀(110)의 예열작업이 빠르게 수행될 수 있으며, 이로 인해 배터리 셀(110)의 온도 하강에 따라 발생하는 배터리의 성능 저하 현상을 억제할 수 있다.
아울러, 배터리의 충,방전 과정에서 발생하는 열을 배터리 셀(110)들 사이에 삽입된 그라파이트 시트(120)를 통해 방열체(140)로 전달하여 내부를 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 효율적으로 외부로 방출시킬 수 있기 때문에 배터리의 냉각효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다
100 : 배터리 조립체 110 : 배터리 셀
120 : 그라파이트 시트 122,124 : 제1,2 그라파이트 시트부
130 : 전극부 132 : 양전극부
134 : 음전극부 140 : 방열체
142 : 방열핀 144 : 냉각수 순환통로

Claims (8)

  1. 복수 개가 일정한 이격공간을 두고 서로 평행하게 배치되는 배터리 셀;
    상기 이격공간 내에 삽입되어 상기 배터리 셀과 접촉을 이루도록 설치되고, 외부에서 인가되는 전류에 의해 발열되어 상기 배터리 셀을 예열하는 그라파이트 시트;
    상기 배터리 셀의 외부에서 상기 그라파이트 시트의 일부분과 접촉을 이루며 설치되고, 상기 배터리 셀에서 발생하여 상기 그라파이트 시트를 통해 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열체;
    를 포함하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그라파이트 시트는 'U'자형으로 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그라파이트 시트는,
    상기 배터리 셀 사이에 형성된 이격공간에 평행하게 삽입되어 배터리 셀과 접촉을 이루는 한 쌍의 제1 그라파이트 시트부와;
    상기 배터리 셀의 외곽에 배치되어 제1 그라파이트 시트부의 끝단에 수직으로 연결되며, 상기 방열체와 접촉을 이루는 제2 그라파이트시트부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절연처리된 제1 그라파이트 시트부의 상면에 전류 인가를 위한 전극부가 형성된 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 상기 절연처리된 제2 그라파이트 시트부의 외부면은 상기 방열체와 면접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀의 온도를 검출할 수 있는 온도센서가 더 설치되고,
    상기 온도센서를 통해 검출된 배터리 셀의 온도에 따라 외부의 전원인가장치에서 상기 그라파이트 시트에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전원인가장치는 상기 온도센서를 통해 검출된 배터리 셀의 현재 온도가 배터리 셀의 성능이 저하되는 제1 설정온도에 도달될 경우, 상기 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 상기 배터리 셀의 최적 성능이 발휘되는 제2 설정온도까지 도달되도록 상기 배터리 셀을 예열시키는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 조립체.
  8. 복수 개가 일정한 이격공간을 두고 서로 평행하게 배치되는 배터리 셀과,
    상기 이격공간 내에 삽입되어 상기 배터리 셀과 접촉을 이루도록 설치되고, 외부에서 인가되는 전류에 의해 발열되어 상기 배터리 셀을 예열하는 그라파이트 시트와,
    상기 배터리 셀의 외부에서 상기 그라파이트 시트의 일부분과 접촉을 이루며 설치되고, 상기 배터리 셀에서 발생하여 상기 그라파이트 시트를 통해 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열체를 포함하는 배터리 조립체; 및
    상기 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 상기 그라파이트 시트를 설정온도까지 발열시키는 전원인가장치;를 포함하되,
    상기 배터리 셀의 충방전시 또는 배터리 셀의 사용 시 발생하는 열을 상기 그라파이트 시트를 통해 방열체로 전달하여 상기 배터리 셀을 냉각시키고,
    상기 배터리 셀의 현재 온도가 배터리 셀의 성능이 저하되는 제1 설정온도에 도달될 경우, 상기 전원인가장치를 통해 상기 그라파이트 시트에 전류를 인가하여 상기 배터리 셀을 최적 성능이 발휘되는 제2 설정온도까지 도달되도록 상기 배터리 셀을 예열시키는 것을 특징으로 하는 방열 및 예열 기능을 가지는 배터리 열관리 시스템.
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