KR101065306B1

KR101065306B1 - 배터리 팩

Info

Publication number: KR101065306B1
Application number: KR1020090129129A
Authority: KR
Inventors: 윤지형
Original assignee: 에스비리모티브 주식회사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-09-16
Also published as: US20110151308A1; US8669000B2; KR20110072271A

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 본 발명에 따른 배터리 팩은 각각 복수의 단위전지 셀을 구비하며, 적층되게 배치된 복수의 배터리 모듈과, 복수의 상기 배터리 모듈을 지지하는 프레임과, 상기 배터리 모듈들 및 상기 배터리 모듈과 상기 프레임 중 적어도 일부를 서로 탄성적으로 결합시키는 복수의 탄성결합부재를 구비하며, 상기 배터리 모듈 중 어느 하나에 결합된 탄성결합부재와 상기 배터리 모듈 중 다른 하나에 결합된 다른 탄성결합부재는 서로 다른 탄성계수를 가짐으로써, 각 배터리 모듈의 공진주파수를 서로 다르게 설정해 두는 것을 특징으로 한다.

배터리 팩, 배터리 모듈, 공진주파수, 탄성결합부재

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 복수 개의 단위 전지 셀이 적층되어 형성되는 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 각 배터리 모듈의 공진주파수를 달리하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다. 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 전기자전거, 전기스쿠터, 전기자동차 및 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 전지로도 사용되고 있다.

이차 전지는 전극 조립체와 전해액을 포함하며, 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비한다. 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많다. 전극 조립체와 전해액은 케이스의 내부에 수납되어 이차 전지의 단위 전지 셀을 이룬다.

이러한 단위 전지 셀이 수평 또는 수직으로 적층되어 배터리 모듈이 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 배터리 모듈이 수평 또는 수직으로 적층되어 하나의 배터리 팩이 형성될 수 있다.

이러한 배터리 팩은 진동이 많은 환경에서 사용되기도 하는데, 특히 전기자 전거, 전기스쿠터, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등에 사용될 경우, 배터리 팩은 진동의 영향을 많이 받게 된다. 이차 전지가 진동에 노출되는 경우, 이차 전지의 성능이 저하되거나 물리적인 손상에 의해서 수명이 단축되는 등의 문제가 발생한다.

특히, 배터리 모듈들을 전기자동차 등에 고정적으로 결합시키는 경우, 각 배터리 모듈은 전기자동차 등의 진동을 그대로 전달받게 되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 탄성을 가지는 체결부재를 이용하여 배터리 모듈들을 서로 결합시키기도 한다. 그런데 각 배터리 모듈에 결합된 체결부재의 탄성계수가 서로 유사한 경우, 각 배터리 모듈이 모두 유사한 고유진동수를 가지게 되어 특정 주파수를 가지는 진동에 의해서 배터리 모듈들이 동시에 공진을 겪게 되는 문제가 있다.

상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은, 복수 개의 단위 전지 셀을 구비한 배터리 모듈이 적층되어 이루어진 배터리 팩에 있어서, 배터리 모듈들이 특정 주파수의 진동에 의해서 함께 공진하는 것이 방지되는 배터리 팩을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩은, 적층되게 배치된 복수의 배터리 모듈과, 복수의 상기 배터리 모듈을 지지하는 프레임과, 상기 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈과 상기 프레임 중 적어도 일부를 서로 탄성적으로 결합시키는 복수의 탄성결합부재를 구비하며, 상기 배터리 모듈 중 어느 하나에 결합된 탄성결합부재와 상기 배터리 모듈 중 다른 하나에 결합된 다른 탄성결합부재는 서로 다른 탄성계수를 가짐으로써, 각 배터리 모듈의 공진주파수를 서로 다르게 설정해 두는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 복수 개의 단위 전지 셀을 구비하는 배터리 모듈이 상하 또는 옆으로 적층되게 배치된 배터리 팩에 있어서 각 배터리 모듈의 공진주파수를 달리함으로써, 각 배터리 모듈이 특정한 주파수에서 함께 공진되는 것을 방지하는 효과가 있다. 따라서 특정 주파수에서 배터리 팩 전체의 진동이 커지는 것이 방지되어 배터리의 성능 저하 및 수명단축이 효과적으로 억제될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서 서로 동일한 부재번호를 가지는 구성은 실질적으로 동일한 구성임을 의미한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈의 개략적 사시도이며, 도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이다. 도3은 도2의 배터리 팩의 일부분에 대한 개략적 분리사시도이며, 도4는 도2의 배터리 팩을 y축 방향을 따라 바라본 개략적 정면도이다. 도5 내지 도8 각각은 도4의 V부분 내지 VIII부분을 확대하여 도시한 분리사시도이며, 도9a 내지 도9c는 탄성결합부재의 다른 일례들을 개략적으로 도시한 분리사시도이다. 도10은 탄성결합부재가 결합된 상태를 도시한 개략적 단면도이다.

일부 도면에는 x,y 및 z축이 도시되어 있는데, 이하에서는 편의상 x축 방향을 좌우방향, y축 방향을 전후방향, z축 방향을 상하방향으로 두고 설명하도록 한다. 이러한 방향설정은 편의상의 이유에 의한 것으로, x,y 및 z축 방향은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 배터리 모듈의 적층 방향은 x축, y축 또는 z축 중의 어느 한 방향으로 될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(100), 프레임(400) 및 탄성결합부재(300)을 구비한다.

상기 배터리 모듈(100)은 복수의 단위전지 셀(10)을 구비한다. 단위전지 셀(10)은 일렬로 적층되어 있다. 적층된 복수의 단위전지 셀(10)은 엔드 플레이트(120)와 사이드 플레이트(130)의 내측에 고정적으로 배치된다. 엔드 플레이트(120)에는 체결을 위한 플랜지부(170)가 상측 및 하측에 형성되어 있다.

한편, 도2를 참조하면 본 실시예의 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(100) 8개를 구비한다. 배터리 모듈(100)은 2개씩 짝지어져 하나의 층을 이루며, 총 4개의 층이 적층되어 배터리 팩(1)을 이룬다. 이 때, 두 개의 배터리 모듈(100)이 결합하여 이루어지는 하나의 층을 편의상 레이어(200)라고 명명하기로 한다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 레이어(200)가 상하방향으로 적층되어 있다. 각 레이어(200)를 편의상 위쪽에서부터 차례로 제1, 제2, 제3 및 제4레이어(201,202,203,204)로 명명한다.

레이어(200)를 이루는 두 개의 배터리 모듈(100)은 레이어 프레임(150)에 의해서 상호 고정되게 결합된다. 상기 레이어 프레임(150)은 두 개의 배터리 모듈(100)의 상측에 배치된 상판(152)과 두 개의 배터리 모듈(100)의 하측에 배치된 하판(154)을 구비하며, 상기 상판(152)와 상기 하판(154)은 두 개의 배터리 모듈(100)에 함께 결합됨으로써 그 두 개의 배터리 모듈(100)을 상호 결합시킨다.

각 레이어 프레임(150)의 상판(152)에는 내주면에 나사홈(162)이 형성된 보스(160)가 복수 개 마련된다. 레이어 프레임(150)의 하판(154)에는 인접한 레이어(200)의 보스(160)에 대응되는 위치에, 나사홈(162)이 형성된 보스(160)가 마련되어 있다.

본 실시예에서는 두 개의 배터리 모듈(100)이 상판(152) 및 하판(154)을 구비한 레이어 프레임(150)으로 이루어진 것으로 설명하였으나 두 개의 배터리 모듈(100)은 나사 등에 의해서도 직접 결합될 수도 있다. 뿐만 아니라 본 실시예의 배터리 팩(1)의 각 레이어(200)는 두 개의 배터리 모듈(100)로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 각 레이어(200)는 하나의 배터리 모듈(100)로 이루어질 수 있고, 3개 이상의 배터리 모듈(100)로 이루어질 수 있다.

상기 프레임(400)은 상기 복수의 배터리 모듈(100)을 지지하기 위한 것으로, 적층된 복수의 레이어(200)를 지지하기 위해서 충분한 강성을 지닌 판형상의 부재로 이루어진다. 프레임(400)은 제4레이어(204)에 결합되어 복수의 배터리 모듈(100)을 지지한다. 따라서 배터리 모듈(100)은 상호 결합되고, 그 중 일부의 배터리 모듈(100), 즉 제4레이어(204)의 배터리 모듈(100)은 프레임(400)에 결합됨으로써 배터리 모듈(100) 전체가 프레임에(400)에 대하여 위치 고정된다. 프레임(400)도 복수의 보스(160)를 구비하고 있으며, 보스(160)는 제4레이어(204)의 레이어 프레임(150)의 보스(160)에 대응되도록 위치된다.

본 실시예에서 프레임(400)은 판형상으로 이루어진 것으로 설명하였으나 프레임(400)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 통 형상 또는 박스 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 탄성결합부재(300)는 레이어(200)의 사이 및 레이어(200)와 프레임(400)에 사이에 배치되어 어느 하나의 레이어(200)와 다른 레이어(200) 혹은 레이어(200)와 프레임(400)을 서로 탄성적으로 결합시킨다. 즉, 탄성결합부재(300)는 제1 내지 제4레이어(201,202,203,204)들 상호간 및 제4레이어(204)와 프레임(400)을 탄성적으로 결합시킨다. 탄성결합부재(300)는 동일 레이어(100)에 속하는 배터리 모듈(100) 사이에는 배치되지 않으므로 복수의 탄성결합부재(300)는 배터리 모듈(100) 및 배터리 모듈(100)과 프레임(400) 중 일부만을 서로 탄성적으로 결합시킨다고 할 수 있다.

탄성결합부재(300)는 서로 다른 탄성계수를 가지는 제1 내지 제4탄성결합부재(310,320,330,340)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1탄성결합부재(310)는 제1 및 제2레이어(201,202) 사이, 상기 제2탄성결합부재(320)는 제2 및 제3레이어(202,203) 사이, 상기 제3탄성결합부재(330)는 제3 및 제4레이어(203,204) 사이, 상기 제4탄성결합부재(340)는 제4레이어(204)와 프레임(400) 사이에 배치된다.

탄성결합부재(300), 즉 제1 내지 제4탄성결합부재(310,320,330,340) 각각은 탄성체(312,322,332,342)와 이탈방지수단을 구비한다.

상기 탄성체(312,322,332,342)는 레이어(200) 사이 및 레이어(200)와 프레임(400) 사이에 끼워지게 배치되어, 각 상기 레이어(200)와 프레임(400)에 탄성력을 제공한다. 제1 내지 제2탄성결합부재(310,320,330,340) 각각은 서로 다른 탄성계수를 가지는 탄성체(312,322,332,342)를 구비한다. 탄성체(312,322,332,342)는 탄성을 지니면서도 에너지 소산능력이 큰 고무 재질 혹은 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성을 가지는 금속재질로 이루어질 수도 있다.

상기 이탈방지수단은 레이어(200) 사이 및 레이어(200)와 프레임(400) 사이 에 배치된 탄성체(312,322,332,342)가 그 위치를 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 이탈방지수단으로서 탄성체(312,322,332,342)에 끼워지며 각 레이어(200)에 일측(316)이 체결되는 체결부재(314)를 구비하고 있다.

상기 체결부재(314)는 막대형상으로 이루어지며, 일측(316)과 타측(318)에 나사산이 형성되어 있다. 체결부재(314)의 일측(316)은 체결부재(314)의 상측에 위치한 레이어 프레임(150)의 보스(160)에 나사 결합되고, 체결부재(314)의 타측(318)은 체결부재(314)의 하측에 위치한 레이어 프레임(150)의 보스(160)에 나사 결합되거나 프레임(400)의 보스(160)에 나사 결합된다. 보스(160)의 나사산의 회전방향은 일반적으로 동일하게 형성되므로, 체결부재(314)의 상기 양측(316,318)에 형성된 나사산의 회전방향은 서로 반대로 되어 있다. 따라서 체결부재(314)가 일 방향으로 회전되면, 체결부재(314)의 일측(316)과 타측(318)이 함께 레이어(200)의 보스(160)에 나사 결합된다.

체결부재(314)는 그 둘레에 돌출되게 형성된 볼트헤드부(315)를 구비한다. 볼트헤드부(315)는 외주면이 다각형상으로 이루어져 있어서, 사용자가 렌치 등으로 체결부재(314)를 붙잡아 회전시킬 때 렌치 등이 미끄러지지 않도록 한다.

상기 제1탄성결합부재(310)는 제1레이어(201)와 제2레이어(202)를 탄성적으로 결합시키며, 제1탄성결합부재(310)의 탄성체(312)는 중공이 형성되어 있는 다각기둥형상으로 이루어진다.

제1탄성결합부재(310)의 탄성체(312)는 상기 볼트헤드부(315)의 상측과 아래 측에 각각 하나씩 배치되도록, 상기 체결부재(314)에 한 쌍이 끼워진다. 체결부재(314)가 레이어(200)에 나사 결합되면, 그에 끼워진 탄성체(312,322,332,342)도 레이어(200) 사이 및 레이어(200)와 프레임(400) 사이에 고정적으로 위치되어 위치의 이탈이 방지된다.

상기 제2탄성결합부재(320)는 제2레이어(202)와 제3레이어(203)를 탄성적으로 결합시킨다. 제2탄성결합부재(320)의 탄성체(322)도 중공이 형성되어 있는 다각기둥형태로 이루어지며, 상기 볼트헤드부(315)의 상측과 하측에 각각 하나씩 배치되도록, 상기 체결부재(314)에 한 쌍이 끼워진다. 한편, 제2탄성결합부재(320)의 탄성체(322)는 단면적이 제1탄성결합부재(310)의 탄성체(312)보다 작다. 즉, 단면의 형상이 제1탄성결합부재(310)의 탄성체(312)와 다르므로 제2탄성결합부재(320)는 제1탄성결합부재(310)와는 다른 탄성계수를 가진다.

상기 제3탄성결합부재(330)는 제3레이어(203)와 제4레이어(204)를 탄성적으로 결합시킨다. 제3탄성결합부재(330)는 탄성체(332)는 중공이 형성되어 있는 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 볼트헤드부(315)의 상측과 아래측에 각각 하나씩 배치되도록, 상기 체결부재(314)에 한 쌍이 끼워진다. 한편, 제3탄성결합부재(330)의 탄성체(332)의 단면의 형상은 제1 및 제2탄성결합부재(310,320)의 탄성체(312,322)와 다르므로 제3탄성결합부재(330)는 제1 및 제2탄성결합부재(310,320)와 다른 탄성계수를 가진다.

상기 제4탄성결합부재(340)는 제4레이어(204)와 프레임(400)을 탄성적으로 결합시킨다. 제4탄성결합부재(340)의 탄성체(342)는 중공이 형성되어 있는 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 볼트헤드부(315)의 상측과 아래측에 각각 하나씩 배치되도록, 상기 체결부재(314)에 한 쌍이 끼워진다. 한편, 제4탄성결합부재(340)의 탄성체(342)는 단면의 형상이 제1 내지 제3탄성결합부재(310,320,330)의 탄성체(312,322,332)와는 크기 및 모양에서 차이가 있으므로 제4탄성결합부재(340)는 제1 내지 제3탄성결합부재(310,320,330)와 다른 탄성계수를 가진다.

한편, 탄성체(312,322,332,342)는 중공을 가지는 기둥형으로 형성되어 있으나, 탄성체는 조립의 편의성을 위해서 일측이 트여있는 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 도9a에 도시된 바와 같이 탄성체(352)의 일측이 트여있는 경우, 탄성체(352)를 체결부재(314)의 측면으로 접근시키는 방법으로 체결부재(314)에 끼울 수 있으므로 조립에 있어서 편리하다. 예를 들면, 체결부재(314)를 임시적으로 체결하면서 레이어(200)를 적층시키면서 배터리 팩(1)을 예비적으로 조립한 후, 탄성체(352)를 각 체결부재(314)에 끼워주고, 체결부재(314)를 완전히 체결해 줌으로써 용이하게 배터리 팩(1)의 조립을 완료할 수 있다.

상기 일측이 트여있는 탄성체(352)는 제1 내지 제4탄성결합부재(310,320,330,340)에 모두 적용될 수 있다.

또한, 탄성결합부재(300)는 한 개의 탄성체를 구비할 수도 있다. 예를 들면 도9b에 도시된 바와 같이, 탄성체(362)는 볼트헤드부(315)의 상측 또는 하측 중 어느 일측에만 결합될 수도 있다. 뿐만 아니라 탄성결합부재(300)는 한 개의 탄성체(372)만을 가지며 볼트헤드부(315)를 구비하지 않을 수도 있다. 예를 들면 도9c에 도시된 바와 같이, 탄성체(372)는 다각의 중공이 형성이 형성된 다각기둥형상으 로 이루어지고 체결부재(314)의 다각 외주부(317)에 끼워져 배치될 수 있다. 이 경우, 탄성체(372)의 다각의 중공에 체결부재(314)의 다각 외주부(317)가 끼워지므로 탄성체(372)와 체결부재(314)의 상대회전이 방지된다. 또한, 탄성체(372)가 다각 기둥형상으로 되어 있으므로 볼트헤드부(315) 대신에 렌치 붙잡을 수 있는 파지부를 제공한다.

이하, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 작용 및 효과에 대해서 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 4개의 레이어(200)가 프레임(400) 상에 적층되어 이루어진다. 각 레이어(200)와 레이어(200) 및 일부 레이어(204)와 프레임(400)은 서로 탄성적으로 결합되도록, 복수의 탄성결합부재(300)가 각 레이어 프레임(150)의 보스(160)에 나사 결합된다.

한편, 어느 한 레이어(200)에 결합된 탄성결합부재(300)과 다른 레이어(200)에 결합된 다른 탄성결합부재(300)는 다른 탄성계수를 가진다. 즉, 각 레이어(200)에 결합되는 제1 내지 4탄성결합부재(310,320,330,340)는 서로 다른 탄성체(312,322,332,342)를 구비하므로 제1 내지 제4탄성결합부재(310,320,330,340)는 모두 다른 탄성계수를 가지게 된다.

각 레이어(200)는 탄성결합부재(300)의 체결부재(314)에 의해서 상호 나사 결합되지만, 도10에 도시된 바와 같이 각 레이어(200)는 상호간에 대해서 미세하게 상대 이동이 가능하다. 이러한 레이어(200) 간의 미세한 상대이동은 좌우방향 또는 전후방향으로 이루어질 수도 있고, 서로가 이루는 각이 변화되는 방향으로 이루어 질 수도 있다. 이러한 레이어(200) 간의 미세한 상대이동은 탄성결합부재(300)의 체결부재(314) 및 보스(160)에 제작상의 공차가 존재하며, 체결부재(314)도 완전한 강체가 아니라는 사실에 기인한다. 체결부재(314)의 길이가 길어질수록, 체결부재(314)의 휨 등에 의하여 레이어(200)간의 상대 이동이 더욱 크게 발생된다. 프레임(400)에 인접한 제4레이어(204)도 마찬가지로 프레임(400)에 대해서 미세하게 상대이동될 수 있다.

탄성결합부재(300)의 탄성체(312,322,332,342)는 이러한 레이어(200)들 간의상대적 움직임, 즉 배터리 모듈(100)간의 상대적 움직임에 대해서 탄성적으로 저항하는 형태로 각 배터리 모듈(100)에 탄성력을 제공한다.

한편, 모든 물체는 특정한 주파수에서 진동이 커지게 되는 공진주파수를 가지는데, 이러한 공진주파수는 질량과 탄성계수에 영향을 받는다. 이들간의 관계는 다음의 식으로 간이하게 표시된다.

여기서, w: 공진주파수

k: 탄성계수

m: 물체의 질량

상기의 식은 자유도가 1개인 시스템에 관한 식으로써, 일반적으로 자유도가 n개인 시스템의 경우는 최대 n개의 공진주파수를 가진다. 다만, 이하에서는 개념적인 이해를 위해서 상기의 식을 중심으로 설명하도록 한다.

상기의 식을 참조하면, 공진주파수는 탄성계수와 그 물체의 질량의 영향을 받는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 각 레이어(200)도 고유한 공진주파수를 가지는데, 각 레이어(200)의 질량은 유사하므로 각 레이어(200)의 공진주파수는 탄성계수, 즉 레이어(200)의 경계조건(boundary condition)의 영향을 더 많이 받는다. 따라서 레이어(200)가 탄성을 가지는 물체에 의해 다른 물체에 결합될 때, 그 탄성을 가지는 물체의 탄성계수에 의해서 레이어(200)의 공진주파수가 정해지게 된다.

각 레이어(200)는 서로 다른 탄성계수를 가지는 탄성결합부재(300)에 의해서 다른 레이어(200) 및 프레임(400)과 결합되므로, 그 경계조건이 모두 상이하다. 따라서 각 레이어(200)의 공진주파수는 모두 달라지게 된다.

따라서 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 경우, 배터리 팩(1)을 이루는 각 레이어(200)의 공진주파수가 서로 다르므로, 특정 주파수를 가지는 진동이 배터리 팩(1)에 가해졌을 때 모든 레이어(200)가 동시에 공진형상을 겪게 되는 일이 방지된다. 따라서 특정 주파수에서 배터리 팩(1) 전체가 심각한 진동을 겪게 되는 것이 방지된다.

즉, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)에 특정 주파수의 진동이 가해질 경우, 각 레이어(200)의 공진주파수는 서로 다르게 설정되어 있기 때문에, 일부 레이어(200)가 공진을 할 수는 있겠으나 전체 레이어(200)가 함께 공진하는 현상이 방지된다. 따라서 모든 주파수 영역에 있어서, 배터리 팩(1) 전체가 심각하게 진동하게 되는 현상이 방지된다.

한편, 상기 탄성결합부재(300)의 탄성체(312,322,332,342)를 고무 재질 또는 합성수지 재질로 만들 경우, 상기 탄성결합부재(300)는 댐퍼의 역할도 함께 수행한다. 따라서 탄성결합부재(300)의 탄성체(312,322,332,342)는 진동 에너지를 소산하여 진동을 점차적으로 감소시키는 역할을 한다.

한편, 특정 레이어(200)의 공진주파수가 차량 진동의 주파수와 유사할 경우에는 그 레이어(200)가 심각한 공진형상을 겪게 되는데 이를 회피하기 위해서 그 레이어(200)의 공진주파수를 바꾸어 줄 필요가 있다. 레이어(200)의 공진주파수는 탄성결합부재(300)의 탄성체(312,322,332,342)의 탄성계수를 바꾸어 줌으로써 용이하게 변경될 수 있으며, 탄성체(312,322,332,342)의 탄성계수는 그 단면의 형상, 두께 및 재질 중 적어도 어느 하나를 변경해줌으로써 용이하게 변경될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 배터리 모듈(100) 두 개가 결합되어 이루어진 레이어(200)의 진동에 대해서 설명하였으나, 레이어(200)는 한 개의 배터리 모듈(100) 또는 3개 이상의 배터리 모듈로 이루어질 수도 있다. 레이어(200)가 한 개의 배터리 모듈(100)로 이루어지는 경우, 레이어(200)의 진동은 곧 배터리 모듈(100)의 진동이 되므로 레이어(200)에 대한 설명은 배터리 모듈(100)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도11은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이며, 도12는 도11의 XII부분을 확대하여 도시한 개략적 분리사시도이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(2)도 제1실시예에 따른 배터리 팩(1)과 마찬가 지로 배터리 모듈(100)로 이루어진 레이어(200)가 적층되어 형성되어 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은 탄성결합부재(500)의 구성을 제외하고는 제1실시예의 배터리 팩(1)과 매우 유사하다. 즉, 본 실시예의 배터리 팩(2)은 각 레이어(200)에 결합되는 탄성결합부재(500)가 제1실시예에 따른 배터리 팩(1)의 그것과 다르다.

각 레이어(200)의 각 배터리 모듈(100)은 플랜지부(170)를 구비하며, 상기 각 플랜지부(170)에는 체결공(172)이 형성되어 있다. 각 배터리 모듈(100)을 결합시키는 레이어 프레임(150)에도 플랜지부의 체결공(172)에 대응되는 위치에 체결공이 형성되어 있다.

각 탄성결합부재(500)는 서로 다른 탄성계수를 가지는 제1 내지 제4탄성결합부재(510,520,530,540)를 포함하여 이루어진다. 도12에는 제1탄성결합부재(510)가 도시되어 있으며, 제2 내지 제4탄성결합부재(520,530,540)도 동일한 형태로 레이어(200)에 결합된다. 제1 내지 제4탄성결합부재(510,520,530,540)이 서로 다른 탄성계수를 가지도록, 제1 내지 제4탄성결합부재(510,520,530,540)의 탄성체는 단면적 형태, 두께 또는 재질 중 적어도 어느 하나가 서로 다르다.

각 탄성결합부재(500)는 탄성체(512)와 이탈방지수단을 구비한다.

상기 이탈방지수단은 체결부재(514)로 이루어져 있으며, 상기 체결부재(514)는 볼트(516)와, 볼트(516)의 단부에 나사 결합되는 너트(518)로 이루어져 있다. 상기 탄성체(512)는 플랜지부(170) 사이에 배치되며, 상기 볼트(516)의 둘레에 끼워진다. 따라서 본 실시예의 탄성결합부재(500)는 배터리 모듈(100)을 서로 탄성적 으로 결합시킨다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(2)도 제1실시예의 배터리 팩(1)과 마찬가지로 각 레이어(200)에 결합된 탄성결합부재(500)는 각기 다른 탄성계수를 가지므로, 특정 주파수의 진동에 의해서 모든 레이어(200)가 동시에 공진현상을 겪게 되는 일이 방지된다.

다음으로 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 개략적 사시도이며, 도14는 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이며, 도15는 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩을 y축 방향을 따라서 바라본 개략적 정면도이다.

도13 내지 도15를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(3)은 복수의 배터리 모듈(101)과 이를 수납하는 프레임(410) 구비하며, 배터리 모듈(101)과 배터리 모듈(101) 및 배터리 모듈(101)과 프레임(410)은 탄성결합부재(300)에 의해서 결합되어 있다. 즉, 각 배터리 모듈(101)은 탄성결합부재(300)에 의해 상호 결합되면서 동시에 프레임(410)에도 탄성결합부재(300)에 의해서 결합된다.

상기 배터리 모듈(101)은 상판(110), 하판(112), 사이드 플레이트(130) 및 엔드 플레이트(120)를 구비하며, 상판(110)과 하판(112)에는 보스(160)가 돌출되게 형성되어 있다. 엔드 플레이트(120)에도 보스(160)가 구비되어 있으며, 엔드 플레이트(120)의 보스(160)는 배터리 모듈(101)의 좌우측 방향을 향하여 돌출되게 배치 되어 있다.

상기 프레임(410)은 상판(412), 하판(414) 및 측면부재(416)로 이루어져 있으며, 상판(412), 하판(414) 및 측면부재(146)는 용접 또는 나사 등에 의해서 견고하게 고정 결합되어 있다. 상기 프레임(410)에도 보스(160)가 형성되어 탄성결합부재(300)가 나사 결합될 수 있다.

상기 탄성결합부재(300)는 본 실시예에 따른 배터리 팩(3)의 탄성결합부재(300)는 제1실시예에 따른 배터리 팩(1)의 탄성결합부재(300)와 동일하며, 배터리 모듈(101)의 보스(160) 및 프레임(410)의 보스(160)에 일측 및 타측이 결합되어 배터리 모듈(101)간 및 배터리 모듈(101)과 프레임(410)을 탄성적으로 결합시켜 준다. 각 배터리 모듈(101)에 결합된 탄성결합부재(300)는 다른 배터리 모듈(101)에 결합된 다른 탄성결합부재(300)와 탄성계수가 서로 다르다.

따라서 본 실시예에 따른 배터리 팩(3)의 경우, 각 배터리 모듈(101)의 공진주파수가 모두 동일하지는 않기 때문에 특정 주파수에서 모든 배터리 모듈(101)이 함께 공진하게 되는 현상이 방지된다.

다음으로 본 발명의 제4실시예에 따른 배터리 팩에 대해서 설명한다.

도16은 본 발명의 제4실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이며, 도17은 본 발명의 제4실시예에 따른 배터리 팩의 프레임을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도18은 도16의 배터리 팩을 y축 방향을 따라 바라본 정면도이다.

도16 내지 도18을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(4)도 배터리 모듈(101), 프레임(420) 및 탄성결합부재(300)를 구비하고 있다.

상기 배터리 모듈(101)은 도13에 도시된 제3실시예에 따른 배터리 팩(3)의 배터리 모듈(101)과 동일하다.

상기 프레임(420)은 도18에 도시된 것과 같이 복수의 구획공간(421)을 구비하고 있다.

상기 프레임(420)은 복수의 구획공간(421)을 형성하기 위해서, 상판(422), 하판(424), 측면부재(426)와 함께, 상판(422), 하판(424) 및 측면부재(426)에 의해 형성되는 내부공간에 배치되는 복수의 수평판(428) 및 수직판(429)을 구비하고 있다. 상판(422), 하판(424), 측면부재(426), 수평판(428) 및 수직판(429)은 서로 용접 또는 나사부재에 의해서 고정 결합되어 있다.

상기 배터리 모듈(101)은 상기 프레임(420)의 구획공간(421)에 하나씩 배치되며, 탄성결합부재(300)에 의해서 상기 프레임(420)에 결합된다. 탄성결합부재(300)는 제1실시예에 따른 배터리 팩(1)의 탄성결합부재(300)와 동일하다.

가장 위쪽에 위치한 배터리 모듈(101)은 제1탄성결합부재(310)에 의해서 프레임(420)에 결합되고, 그 아래의 배터리 모듈(101)은 제2탄성결합부재(320)에 의해서 프레임(420)에 결합되고, 그 아래의 배터리 모듈(101)은 제3탄성결합부재(330)에 의해서 프레임(420)에 결합된다. 가장 아래의 배터리 모듈(101)은 제4탄성결합부재(340)에 의해서 프레임(420)에 결합된다.

즉, 본 실시예에 따른 배터리 팩(4)에 있어서 각 층에 위치한 배터리 모듈(101)을 프레임(420)에 결합시키는 탄성결합부재(300)는 탄성계수가 서로 다르다. 따라서 각 배터리 모듈(101)의 경계조건이 상이하므로 각 층별로 각 배터리 모 듈(101)은 다른 공진주파수를 지닌다.

따라서 본 실시예에 따른 배터리 팩(4)의 경우도 각 배터리 모듈(101)의 공진주파수는 모두 동일하지 않기 때문에, 특정 주파수에서 모든 배터리 모듈(101)이 함께 공진하는 것이 방지된다. 따라서 특정주파수에서 배터리 팩(4) 전체가 심하게 진동하는 것이 방지된다.

한편, 상기 실시예들에 따른 배터리 팩(1,2,3,4)의 탄성결합부재(300,500)는이탈방지수단으로서 체결부재(314,514)를 구비하고 있으나 이탈방지수단은 이에 국한되지 않는다. 예를 들면 이탈방지수단은 탄성체가 배터리 모듈(100,101) 사이 등에서 빠져 나가지 않도록, 탄성체를 배터리 모듈(100,101)에 결합시키는 용접부, 접착부, 핀 등이 될 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈의 개략적 사시도이다.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이다.

도3은 도2의 배터리 팩의 일부분에 대한 개략적 분리 사시도이다.

도4는 도2의 배터리 팩을 y축 방향을 따라서 바라본 개략적 정면도이다.

도5는 도4의 V부분을 확대하여 도시한 분리사시도이다.

도6은 도4의 VI부분을 확대하여 도시한 분리사시도이다.

도7은 도4의 VII부분을 확대하여 도시한 분리사시도이다.

도8은 도4의 VIII부분을 확대하여 도시한 분리사시도이다.

도9a는 탄성결합부재의 다른 일례를 개략적으로 도시한 분리사시도이다.

도9b는 탄성결합부재의 또 다른 일례를 개략적으로 도시한 분리사시도이다.

도9c는 탄성결합부재의 또 다른 일례를 개략적으로 도시한 분리사시도이다.

도10은 탄성결합부재가 결합된 상태를 도시한 개략적 단면도이다.

도11은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이다.

도12는 도11의 XII부분을 확대하여 도시한 분리사시도이다.

도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈의 개략적 사시도이다.

도14는 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이다.

도15는 도14의 배터리 팩을 y축 방향을 따라서 바라본 개략적 정면도이다.

도16은 본 발명의 제4실시예에 따른 배터리 팩의 개략적 사시도이다.

도17은 도16의 배터리 팩의 프레임의 개략적 사시도이다.

도18은 도16의 배터리 팩을 y축 방향을 따라서 바라본 개략적 정면도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1,2,3,4 ... 배터리 팩 10 ... 배터리 셀

100,101 ... 배터리 모듈 150 ... 레이어 프레임

200 ... 레이어 300,500 ... 탄성결합부재

314 ... 체결부재 312,322,332,342,512 ... 탄성체

400,410,420 ... 프레임

Claims

각각 복수의 단위전지 셀을 구비하며, 적층되게 배치된 복수의 배터리 모듈;

복수의 상기 배터리 모듈을 지지하는 프레임;

상기 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈과 상기 프레임 중 적어도 일부를 서로 탄성적으로 결합시키는 복수의 탄성결합부재;를 구비하며,

상기 배터리 모듈 중 어느 하나에 결합된 탄성결합부재와 상기 배터리 모듈 중 다른 하나에 결합된 다른 탄성결합부재는 서로 다른 탄성계수를 가지는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 배터리 모듈은,

상기 탄성결합부재에 의해서 상호 결합되며, 상기 배터리 모듈 중 일부는 상기 탄성결합부재에 의해서 상기 프레임에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 각 배터리 모듈은,

상기 탄성결합부재에 의해서 상호 결합되며, 상기 탄성결합부재에 의해서 상기 프레임에도 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 탄성결합부재는,

탄성력을 제공하는 탄성체와,

상기 탄성체의 위치 이탈을 방지하기 위한 이탈방지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,

상기 탄성체는 고무재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,

상기 이탈방지수단은,

상기 탄성체에 끼워지며, 상기 배터리 모듈들 및 상기 배터리 모듈과 상기 프레임을 중 적어도 일부를 체결시키는 체결부재인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

상기 체결부재는,

양측 단부에 나사산이 형성되며,

상기 배터리 및 상기 프레임은,

상기 체결부재가 나사 결합되도록, 나사홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

상기 체결부재는 상기 각 배터리 모듈에 형성된 플랜지부에 체결되어 상기 각 배터리 모듈들을 결합시키며,

상기 탄성체는 상기 플랜지부들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

서로 다른 탄성계수를 가지는 상기 탄성결합부재는,

상기 탄성체의 단면의 형상, 상기 탄성체의 두께 및 상기 탄성체의 탄성률 중 적어도 하나가 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

상기 탄성체는 상기 체결부재에 측면으로 접근하여 끼워지도록, 일측이 트여진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

상기 체결부재는,

상기 배터리 모듈 또는 상기 프레임에 나사 결합되며, 둘레를 따라 돌출되게 형성된 볼트헤드부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,

상기 탄성체는 상기 볼트헤드부의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 각 배터리 모듈은,

상기 탄성결합부재에 의해서 상기 프레임에 결합되는 것을 특징으로 포함하는 배터리 팩.
제13항에 있어서,

상기 프레임은 복수의 구획공간을 구비하며,

상기 각 배터리 모듈은 상기 구획공간에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는배터리 팩.
제13항에 있어서,

상기 탄성결합부재는,

탄성력을 제공하는 탄성체와,

상기 탄성체의 위치 이탈을 방지하기 위한 이탈방지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.