KR20100131694A - 히트파이프가 구비된 노트북 컴퓨터용 배터리팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리팩에 관한 것이다. 더 상세히는, 전기적으로 연결되어 충·방전하는 2 이상의 배터리셀; 상기 배터리셀에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀의 충·방전을 제어하는 BMU; 상기 배터리셀 및 상기 BMU를 내부에 수납하는 팩케이스를 포함하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 있어서, 상기 팩케이스는 그 내면에 히트파이프를 구비한 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 노트북 컴퓨터용 배터리팩은, 단위전지로서의 배터리셀의 구조적 특징을 최대한 활용하여 배터리팩의 크기 증가를 유발하지 않으면서도, 냉매를 순환시켜 내부에 축적되는 열을 외부로 분산시킴으로써 배터리셀들의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하여, 배터리팩 오동작으로 인한 사고로부터 사용자의 안전을 보호하고, 배터리팩의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있어 배터리팩의 안전성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

배터리팩, 냉매, 히트파이프, 방열핀, 방열판

Description

히트파이프가 구비된 노트북 컴퓨터용 배터리팩{LAPTOP-COMPUTER BATTERY PACK HAVING A HEAT-PIPE}

본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 더 상세히는 히트파이트가 구비되어 배터리팩의 발열성능을 향상시킨 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 관한 것이다.

노트북 컴퓨터는 기존의 데스크 탑 컴퓨터에 비해 휴대하기가 편리한 것이 최대 장점이라 할 수 있으며, 이러한 휴대를 가능케 하는데 가장 큰 역할을 하는 것 중의 하나는 노트북 컴퓨터의 전원인 배터리팩이라 할 수 있다.

일반적으로 노트북 컴퓨터용 배터리팩은 원통형 이차전지 등의 단위전지를 다수 개 전기적으로 연결하고 보호회로소자 등을 탑재한 상태에서 팩 케이스에 장착한 구조로 이루어져 있다. 이러한 노트북 컴퓨터용 배터리팩의 팩 케이스로는 기계적 강도가 우수하지만 열전도도가 낮은 폴리카보네이트 소재가 주로 사용되고 있다.

따라서, 배터리팩을 디바이스에 장착한 상태에서 충방전을 행할 때, 배터리팩에 내장되어 있는 단위전지들에서 발생되는 열은 케이스를 통해 외부로 배출되지 못하고 배터리팩 내부에 그대로 축적되어 단위전지의 열화를초래할 뿐만 아니라, 디바이스에 전달되어 디바이스의 성능을 저하시키기는 경향이 있다.

한편, 배터리팩에서는 온도 상승시 안전성 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 충방전 FET 소자가 차단되거나 퓨즈가 절단되도록 하는 방법 등이 사용되고 있다. 즉, 노트북 컴퓨터용 배터리팩에는 써미스터(Thermistor)라는 온도 센싱(Sensing) 소자가 설치되어 있어서, 온도가 설정값 이상으로 올라갈 경우, 충전/방전 FET 소자가 차단되고, 극단적인 온도 상승시에는 퓨즈가 절단되도록 함으로써, 이상 온도상승에 따른 배터리셀의 발화 및 폭발의 위험을 방지하고 있다. 그러나, 퓨즈가 절단되는 경우, 배터리팩을 수리하기 전까지는 다시 사용할 수 없게 되는 것을 의미하므로, 사용자는 새로운 배터리팩을 구입해야 하는 손실을 감수해야 한다. 더욱이, 상기 안전장치들은 그 자체로서 배터리에 축적된 열을 제거하는 수단을 제공하지는 못하므로, 사용자는 여전히 배터리의 발화 및 폭발의 위험성에 노출될 수 밖에 없다.

이차전지를 기반으로 하는 배터리팩의 안전성과 관련하여, 일본 특허출원공개 제1997-266016호에는 팩케이스와 팩케이스 내부에 수납되는 다수의 원통형 전지 들 사이에 냉각용 액체를 순환시켜 중대형 배터리팩을 냉각시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 기술은 냉각 신뢰성이 상대적으로 높은 액상 냉매와 단위전지들이 직접 접촉하는 구조이므로 냉각 효율성은 우수하지만, 액상 냉매와 단위전지의 직접적인 접촉으로 인해 전지의 부식 및 산화 등의 위험이 있고, 그에 따른 내부 단락 또는 폭발이 발생할 가능성이 커지는 문제점이 있다. 또한, 상기 기술은 구조적 측면에서 전기자동차, 하이브리드 자동차 등과 같은 대형 디바이스의 중대형 배터리팩에는 적용 가능할 수 있지만, 상대적으로 소형인 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 적용하기에는 한계가 있다.

또한, 일본 특허등록 제3312852호에는 팩 케이스에 냉매 유동 경로가 형성되어 있는 중대형 배터리팩에 대한 기술이 개시되어 있다. 즉, 상기 특허는 팩 케이스에 소정의 유동 경로를 형성하고, 상기 경로를 통해 냉매를 유동시켜 냉각을 달성하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술 역시 대형 디바이스의 중대형 배터리팩에나 적용 가능하고 노트북 컴퓨터용 배터리팩에는 적용하기 어렵다. 팩 케이스에 냉매 유로를 형성하기 위해서는 그것의 두께가 적어도 소정 크기 이상이어야 하므로, 이러한 구조로 인해 팩 케이스의 크기가 증가하는 문제점이 발생한다. 또한, 노트북 컴퓨터용 배터리팩의 특성상, 사용 중에 많은 외력이 가해지게 되는 바, 냉매 유동 경로의 형성은 팩 케이스의 기계적 강도는 저하시켜 오히려 안전성을 문제를 유발할 수 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 효과적으로 적용할 수 있는 냉각기술의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 예의 주시하고 심도 있는 연구와 실험을 반복한 끝에, 팩케이스의 일측 내면에 히트파이프를 설치하고, 상기 히트파이프을 따라 냉매를 자발적으로 순환시키는 구조로 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제조하는 경우, 배터리팩을 구성하는 단위전지인 원통형 배터리셀의 구조적 특징을 최대한 활용하여 배터리팩의 크기 증가를 유발하지 않으면서도, 배터리셀의 충방전시 발생하는 열을 효과적으로 제거하여 전지의 안전성이 크게 향상시킬 수 있는 이점을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

전기적으로 연결되어 충·방전하는 2 이상의 배터리셀;

상기 배터리셀에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀의 충·방전을 제어하는 BMU;

상기 배터리셀 및 상기 BMU를 내부에 수납하는 팩케이스

를 포함하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 있어서,

상기 팩케이스는 그 내면에 히트파이프를 구비한 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 히트파이프는 직경이 2 ~ 6 ㎜ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 히트파이프는 중공부를 구비한 것이고, 중공부에 냉매가 흐르는 것이며, 상기 중공부를 통해 냉매가 자발적으로 기화·응축되며 순환되는 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 냉매는 물, 프레온 가스, 암모니아 가스, 아세톤, 메탄올, 에탄올에서 선택되어지는 하나인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 히트파이프와 연결되어 있고, 상기 팩케이스 외부로 노출되어 있는 방열부재가 더 구비된 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 방열부재는 방열핀 또는 방열판인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 히트파이프는, 상기 배터리셀과 상기 팩케이스가 구조적으로 만드는 틈 사이에 위치된 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩을 제공한다.

본 발명에 따른 노트북 컴퓨터용 배터리팩은, 단위전지로서의 배터리셀의 구조적 특징을 최대한 활용하여 배터리팩의 크기 증가를 유발하지 않으면서도, 냉매를 순환시켜 내부에 축적되는 열을 외부로 분산시킴으로써 배터리셀들의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하여, 배터리팩 오동작으로 인한 사고로부터 사용자의 안전을 보호하고, 배터리팩의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있어 배터리팩의 안전성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은,

전기적으로 연결되어 충·방전하는 2 이상의 배터리셀;

상기 배터리셀에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀의 충·방전을 제어하는 BMU;

상기 배터리셀 및 상기 BMU를 내부에 수납하는 팩케이스

를 포함하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 있어서,

상기 팩케이스는 그 내면에 히트파이프를 구비한 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리팩은 2 이상의 배터리셀들이 전기적 연결을 이루며 직렬 또는 병렬로 배열되어 있는 전지열(row)이 팩케이스에 내장되어 있는 구조의 노 트북 컴퓨터용 배터리팩으로서, 상기 배터리셀이 수납된 팩케이스 내면에는 히트파이프가 구비되어, 이를 통해 배터리셀의 충·방전시 발생하는 열을 제거하도록 구성되어 있다.

상기 히트파이프는 직경이 2 ~ 6 ㎜ 범위 이내인 것이 바람직하다. 2 ㎜ 미만의 범위에는 배터리셀의 열을 제거하기에 충분하지 않을 수 있고, 6 ㎜ 초과하는 범위에서는 배터리셀을 수납하는 공간이 부족할 우려가 있고, 냉매의 기화·응축이 자발적으로 일어나지 않을 수 있다.

즉, 본 발명에 있어서, 상기 히트파이프는 중공부를 구비한 것이고, 중공부에 냉매가 흐르는 것이며, 상기 중공부를 통해 냉매가 자발적으로 기화·응축되며 순환되는 것임을 특징으로 한다. 다시말해, 본 발명에 있어서 냉매는 펌프 등에 의해 강제 순환되지 아니하며, 모세관현상과 배터리셀에 의해 발생된 열에 의해 순환된다. 열전달 현상이 발생되는 원리는 히트파이프 자체의 전도 현상을 통하기도 하지만, 냉매의 기화·응축과정을 통해서 주로 일어난다.

상기 냉매는 냉각장치 제조에 사용되는 종래의 냉매를 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 냉매의 예로 프레온 가스, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올 등을 예로 들 수 있으며, 물이 사용될 수도 있다.

경우에 따라서는, 상기 히트파이프을 따라 순환되면서 온도가 상승한 냉매를 냉각시키기 위하여, 상기 히트파이프와 인접·연결된 방열부재가 추가로 설치될 수 있다. 이러한 방열부재는 그것의 적어도 일부가 팩케이스의 외면으로 노출되도록 설치되어 팩케이스 외부로 열을 방출하는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열부재는 팩 케이스 외면으로 노출된 부위에는 외부 공기와 접촉하는 단면적을 넓게 하여 냉각 효율을 향상시키는 방열핀 또는 방열판이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 히트파이프는 상기 배터리셀들과 상기 팩케이스 사이의 구조적으로 형성되는 공간 틈에 형성되는 것이 바람직하다. 예를들어, 상기 배터리셀이 원통형셀이고, 상기 팩케이스가 사각형의 평평한 면을 가진 것일 경우라면, 원과 직선 사이에 도 4(도 4는 본 발명의 하나의 실시예의 측단면을 나타낸 도면임)에서 나타낸 것과 같은 틈이 형성될 수 밖에 없는데, 이러한 틈 사이를 지나도록 히트파이프가 형성되는 것이 바람직하다는 것이다.

이렇게 하면, 히트파이프로 인해 배터리팩 전체적인 크기가 증가하지 않고, 배터리셀과의 접촉능이 좋아지므로, 결과적으로 배터리팩 크기 증가없이 배터리셀의 방열효율을 높일 수 있다.

상기 BMU는 노트북 컴퓨터 배터리팩에 사용되는 제어소자로서, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 상기 BMU는 소형 배터리팩의 PCM(Protective Circuit Module), 대형 배터리팩의 BMS(Battery Management System)와 같은 기능을 수행한다.

이러한 BMU가 장착되는 위치는 특별히 제한되지는 않으나, 하나의 예로, 팩케이스의 내측면에 인접한 위치에 설치될 수 있고, 상기 BMU의 외부 접속단자가 팩 케이스를 통해 외부로 노출되어 있는 구조일 수 있다.

본 발명의 배터리팩을 구성하는 팩 케이스는 다양한 형태가 가능하며,예를 들어, 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 하부 케이스에 냉매를 순환시키는 히트파이프과 펌프 및 BMU를 설치한 후 상부 케이스를 덮어 팩케이스를 밀봉하는 구조일 수 있다.

기타 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 관한 구조 및 이의 제조방법에 관하여는 이미 당해업계에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 추가적인 설명을 본 명세서에는 생략한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 발명의 범위를 실시예에 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 순환식 배터리팩의 내부 사시도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 하나의 실시예에서, 배터리팩(100)은 6 개의 원통형 배터리셀(300)이 전기적 연결을 이루고 있고, 직렬로 3개의 배터리셀(300)이 연결된 전지열 2개가 팩케이스(110)에 수납되어 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 상기 팩케이스(110)의 내면에는 냉매가 순환되는 히트파이프(200)가 구비되어 있고, 팩케이스(110)의 일측 내면에는 히트파이프(200)을 따라 냉매가 순환되고, 순환된 냉매의 열을 방출시키는 방열핀(220)이 팩케이스 내부에서부터 외부로 노출되어 설치되어 있다. 상기 방열핀(220)은 그 일부가 팩케이스(110)의 외면으로 노출되도록 설치되어 있어서, 팩케이스(110) 외부로 열을 방출하게 된다. 또한, 배터리셀(300)의 충·방전을 제어하는 BMU(250)가 팩케이스(110)의 일측 내면에 설치되어 있다.

도 2에는 도 1의 배터리팩의 일부분을 나타내는 모식도로서, 배터리팩 내부에 냉매가 순환되는 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 냉매는 히트파이프(200)을 통해 순환하는데, 냉매의 순환은 중공부(210)를 통해 냉매가 자발적으로 기화·응축되며 순환된다. 이는 모세관현상 및 배터리셀에 의해 발생된 열에 의해 순환되는 구조이다. 냉매가 발생된 열에 의해 자발적으로 순환되는 구조이므로, 배터리셀의 지역적 온도편차를 냉매 순환에 의해 완화하는 역할도 하게 된다.

도 3은 하부 케이스에 배터리셀들과, 히트파이프, BMU, 방열부재 등을 설치하고 상부 케이스를 덮어 완성한 냉매 순환식 배터리팩의 모식도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 상부 케이스(114)와 하부 케이스(112)의 결합에 의해 배터리팩(100)의 내부는 밀폐되어 있지만, 히트파이프(200)을 통해 순환되는 냉매가 배터리팩(100)의 내부를 순환하면서, 배터리팩(100)의 작동 중에 발생한 열을 흡수하고, 이를 방열핀(220)을 통해 외부로 방출함으로써, 특정한 배터리셀이 지나치게 가열되거나, 배터리셀들로부터 발생한 열이 배터리팩(100) 내부에 축적되는 것을 방지하여 준다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 냉매 순환식 배터리팩의 내부 사시도.

도 2는 배터리팩 내부에 냉매가 순환되는 구조가 모식적으로 도시한 도면.

도 3은 하부 케이스에 배터리셀들과, 히트파이프, BMU, 방열부재 등을 설치하고 상부 케이스를 덮어 완성한 냉매 순환식 배터리팩의 모식도.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리팩의 측단면도.

Claims (7)

1. 전기적으로 연결되어 충·방전하는 2 이상의 배터리셀;

   상기 배터리셀에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀의 충·방전을 제어하는 BMU;

   상기 배터리셀 및 상기 BMU를 내부에 수납하는 팩케이스

   를 포함하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩에 있어서,

   상기 팩케이스는 그 내면에 히트파이프를 구비한 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프는 직경이 2 ~ 6 ㎜ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프는 중공부를 구비한 것이고, 중공부에 냉매가 흐르는 것이며, 상기 중공부를 통해 냉매가 자발적으로 기화·응축되며 순환되는 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉매는 물, 프레온 가스, 암모니아 가스, 아세톤, 메탄올, 에탄올에서 선택되어지는 하나인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프와 연결되어 있고, 상기 팩케이스 외부로 노출되어 있는 방열부재가 더 구비된 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 방열부재는 방열핀 또는 방열판인 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프는, 상기 배터리셀과 상기 팩케이스가 구조적으로 만드는 틈 사이에 위치된 것임을 특징으로 하는 노트북 컴퓨터용 배터리팩.

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