KR20240102500A - 냉각 성능이 향상된 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 냉각 성능을 향상시킨 배터리 팩을 개시한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예는 복수개의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판; 상기 배터리 셀과 방열판을 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 방열판은 상기 하우징에 대해 열적으로 결합된 배터리 팩을 개시한다.

Description

냉각 성능이 향상된 배터리 팩{Battery Pack Having Improved Cooling Performance}

본 발명의 실시예는 냉각 성능이 향상된 배터리 팩에 관한 것이다.

충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 36V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

이러한 배터리 팩은 충방전 시 배터리 셀들에서 열이 발생함에 따라 다양한 방법으로 냉각이 고려되고 있다. 또한, 배터리 팩의 용량은 증가될 필요가 있고, 상대적으로 배터리 팩에 할당된 공간은 줄어들고 있기 때문에, 특정 배터리 셀에서 발화 등의 이벤트가 발생하면 이웃한 배터리 셀로 열 전파가 이루어질 수 있기 때문에, 배터리 셀의 냉각 성능은 점차 중요해지고 있다.

또한, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 배터리 팩의 경우, 상당수의 배터리 셀들이 직/병렬로 연결되어 있는 형태이고, 배터리 셀의 냉각은 배터리 팩 전체의 성능이나 사용자의 안전과도 직결되고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 냉각 성능을 향상시킨 배터리 팩을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판; 상기 배터리 셀과 방열판을 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 방열판은 상기 하우징에 대해 열적으로 결합되어 있을 수 있다.

여기서, 상기 하우징은 상부 하우징과 하부 하우징을 포함하고, 상기 방열판은 상기 상부 하우징 및 하부 하우징 중 적어도 하나와 열적으로 결합될 수 있다.

그리고 상기 방열판은 상기 배터리 셀에 비해 높은 높이로 구성되어, 상기 상부 하우징 및 하부 하우징 중 적어도 하나와 접촉하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 방열판은 배터리 셀의 가장 넓은 측면과 면접촉하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 방열판은 상기 배터리 셀이 배열된 사이에 비균일하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 방열판은 복수개로 구비되고, 인접한 상호간에 브릿지를 통해 연결될 수 있다.

또한, 상기 브릿지는 상기 하우징의 외부에 위치하고, 상기 하우징에 대해 체결 부재를 통해 물리적 및 열적으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 브릿지가 상기 하우징을 대향하는 면과 반대인 면에 다수의 방열 핀이 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 방열 핀은 상기 브릿지로부터 상기 하우징과 반대되는 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀은 파우치의 양단으로 돌출된 전극탭을 포함하고, 상기 방열판은 상기 배터리 셀의 파우치에 대응하여 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리 셀의 사이에 형성된 방열판을 통해 배터리 셀의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 방열판을 하우징에 대해 열적으로 결합하고, 하우징의 외부에 방열 핀을 더 구비하여, 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 다수의 배터리 셀(100), 배터리 셀(100)의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판(200), 배터리 셀(100)과 방열판(200)을 수용하는 하우징(300)을 포함할 수 있다.

배터리 셀(100)은 일 예로 폭방향으로의 두께에 비해 높이 방향 및 길이 방향으로의 길이가 길게 형성된 장방형의 평판 형태로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 높이 방향보다 길이 방향으로의 길이가 긴 장방형으로 형성될 수 있다. 그리고 배터리 셀(100)은 전극조립체의 외부를 감싸 밀봉하도록 형성된 파우치의 양측으로 각각 양극 및 음극의 전극탭(110)들이 인출된 형태의 파우치형 셀이 될 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)들은 다수개로 구비되며, 나란하게 배치되어 폭방향을 따라 배열될 수 있다.

방열판(200)은 배터리 셀(100)의 사이에 배치될 수 있다. 여기서 방열판(200)은 배터리 셀(100)에 대응되는 장방형의 평판 형태로 구비될 수 있다. 방열판(200)은 열전도도가 우수한 금속으로 구비될 수 있으며, 예를 들면 알루미늄으로 구성될 수 있다. 방열판(200)은 배터리 셀(100)의 면 중에서 가장 넓은 면적을 갖는 장방형의 측면에 면접촉할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 동작시 발생되는 열은 방열판(200)에 전달될 수 있고, 방열판(200)을 따라 외부로 방출될 수 있다. 따라서 배터리 팩(10)을 구성하는 배터리 셀(100)들의 열을 방출하여, 냉각 성능을 극대화하는 것이 가능하다.

이러한 방열판(200)은 배터리 셀(100)의 사이마다 배치될 수 있으나, 필요에 따라 열이 많이 발생하는 영역에는 필수로 배치하되, 열이 적게 발생되는 영역에는 부분적으로 배치하는 것도 가능하다.

예를 들어, 배터리 팩(10)의 중앙 영역에는 모든 배터리 셀(100)의 사이마다 방열판(200)을 배치하고, 배터리 팩(10)의 양단측에 대해서는 방열판(200)의 배치 빈도를 줄일 수 있다. 이와 같이 하면, 냉각 성능은 다소 낮아지더라도 배터리 팩(10)의 제조 비용 및 부피를 절감할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

하우징(300)은 배터리 셀(100)과 방열판(200)을 수용할 수 있다. 구체적으로, 하우징(300)은 상부 플레이트(310)와 하부 플레이트(320)를 통해 배터리 셀(100) 및 방열판(200)을 수직 방향에서 고정 결합할 수 있고, 그 하우징(300)의 양단에는 엔드 플레이트(330)이 구비되어 수평 방향에서 역시 배터리 셀(100) 및 방열판(200)을 수직 방향에서 고정 결합할 수 있다.

하우징(300)은 내부의 배터리 셀(100) 및 방열판(200)을 외부의 충격 등으로부터 보호하는 동시에, 방열판(200)에 전달된 배터리 셀(100)의 열을 외부로 방출하는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이러한 하우징의 결합 관계는 후술하도록 한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀, 방열판 및 하우징의 결합 관계를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다. 도 2a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서 배터리 셀(100)은 편의상 3개로 도시되어 있으나, 더 많거나 적은 수로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 배터리 셀(100)의 사이에 형성되는 방열판(200)은 배터리 셀(100)에 비해 상대적으로 더 높은 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 방열판(200)은 하우징(300)의 상부와 하부에 위치한 상부 플레이트(310) 및 하부 플레이트(320)에 각각 접촉할 수 있다.

이러한 구성을 통하면, 방열판(200)은 배터리 셀(100)의 냉각은 물론 배터리 셀(100)의 영역을 각각 구획하는 일종의 스페이서의 역할을 동시에 수행하는 것도 가능하다.

한편, 방열판(200)은 배터리 셀(100)의 열을 전달받아 배터리 셀(100)의 냉각을 수행하고, 해당 열을 접촉하고 있는 상부 플레이트(310) 또는 하부 플레이트(320)에 전달할 수 있다. 따라서, 하우징(300)의 내부에 배터리 셀(100)의 열이 잔존하지 않고, 하우징(300)의 외부로 빠져나가게 되므로, 배터리 셀(100)의 냉각이 보다 용이하게 수행될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀, 방열판 및 하우징의 결합 관계를 설명하도록 한다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다. 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다. 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성에는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명하도록 한다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10A)은 다수의 배터리 셀(100), 배터리 셀(100)의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판(200A), 배터리 셀(100)과 방열판(200)을 수용하는 하우징(300)을 포함할 수 있다.

여기서, 방열판(200A)은 개별적으로 구성되는 대신, 적어도 인접한 한 쌍의 방열판(210)을 상호간 연결하는 구조로서 구성될 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 방열판(210)은 상부 플레이트(310)의 상부 영역에서 브릿지(220)를 통해 서로 연결될 수 있다. 다만, 도시된 것처럼 한 쌍의 방열판(210)만이 아니라, 선택에 따라 더 많은 수의 방열판(210)들이 브릿지(220)를 통해 상호간 연결되는 것도 가능하다.

또한 브릿지(220)는 하우징(300)의 상부 플레이트(310)에 체결 부재(230)를 통해 결합될 수 있다. 따라서, 연결된 한 쌍의 방열판(210)은 브릿지(220) 및 체결 부재(230)를 통해 상부 플레이트(310)에 물리적 열적으로 결합될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)에서 생성된 열은 상부 플레이트(310)의 외부로 용이하게 방열될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀, 방열판 및 하우징의 결합 관계를 설명하도록 한다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀과 방열판을 분리하여 도시한 것이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10B)은 다수의 배터리 셀(100), 배터리 셀(100)의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판(200B), 배터리 셀(100)과 방열판(200)을 수용하는 하우징(300)을 포함할 수 있다.

방열판(200B)은 역시 인접한 개별적으로 구성되는 대신, 적어도 인접한 다수의 방열판(210)을 상호간 연결하는 구조로서 구성될 수 있다. 구체적으로, 다수의 방열판(210)은 상부 플레이트(310)의 상부 영역에서 브릿지(241)를 통해 서로 연결될 수 있다.

또한, 브릿지(241)는 하우징(300)의 상부 플레이트(310)에 체결 부재(230)를 통해 결합될 수 있다. 따라서, 연결된 한 쌍의 방열판(210)은 브릿지(220) 및 체결 부재(230)를 통해 상부 플레이트(310)에 물리적 열적으로 결합될 수 있다.

한편 브릿지(241)는 그 상부로 돌출되는 다수의 방열 핀(242)들을 더 포함할 수 있다. 브릿지(241)와 방열 핀(242)로 구성된 방열 핀 구조물(240)은 방열판(200B)의 구조에서 외부 공기와의 접촉 면적을 증대시켜서 방열판(200B)의 열이 외부로 더 용이하게 방출되도록 할 수 있다.

따라서, 이와 같이 하면, 방열판(200B)을 통한 배터리 셀(100)의 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 냉각 성능이 향상된 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 이상 상태 사전 감지 시스템
110; 온도 센싱부 120; 온도 계산부
121; 온도 편차 계산부 122; 온도 변화 계산부
123; 온도 편차 변화 계산부 130; 조치 신호 출력부
140; SOC 추정부 150; 시간 추정부
160; 기준값 저장부

Claims (10)

1. 복수개의 배터리 셀;
   상기 배터리 셀의 사이에 위치한 적어도 하나의 방열판;
   상기 배터리 셀과 방열판을 수용하는 하우징을 포함하고,
   상기 방열판은 상기 하우징에 대해 열적으로 결합되어 있는 배터리 팩.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은 상부 하우징과 하부 하우징을 포함하고, 상기 방열판은 상기 상부 하우징 및 하부 하우징 중 적어도 하나와 열적으로 결합된 배터리 팩.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 방열판은 상기 배터리 셀에 비해 높은 높이로 구성되어, 상기 상부 하우징 및 하부 하우징 중 적어도 하나와 접촉하도록 구성된 배터리 팩.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열판은 배터리 셀의 가장 넓은 측면과 면접촉하도록 배치된 배터리 팩.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열판은 상기 배터리 셀이 배열된 사이에 비균일하게 배치된 배터리 팩.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열판은 복수개로 구비되고, 인접한 상호간에 브릿지를 통해 연결되는 배터리 팩.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 브릿지는 상기 하우징의 외부에 위치하고, 상기 하우징에 대해 체결 부재를 통해 물리적 및 열적으로 결합되는 배터리 팩.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 브릿지가 상기 하우징을 대향하는 면과 반대인 면에 다수의 방열 핀이 더 형성된 배터리 팩.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 방열 핀은 상기 브릿지로부터 상기 하우징과 반대되는 방향으로 돌출되어 형성된 배터리 팩.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 파우치의 양단으로 돌출된 전극탭을 포함하고, 상기 방열판은 상기 배터리 셀의 파우치에 대응하여 결합된 배터리 팩.