KR101219226B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각 전극 단자를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 상기 전극 단자를 연결하는 버스바; 상기 버스바를 덮는 단자부 차폐부; 상기 배터리 셀의 외측에 배치되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 하나 이상의 연결 부재;를 포함하고, 상기 단자부 차폐부는 상부 차폐부와 하부 차폐부로 구성되고, 상기 하부 차폐부는 하나 이상의 개구부를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 {BATTERY PACK}
본 발명은 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용된다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 복수개의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈이 선호되며, 배터리 모듈은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 냉각 특성이 향상된 배터리 팩을 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 부재를 구비하지 않고, 배터리 모듈에 구비되는 버스바를 냉각시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 각각 전극 단자를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 상기 전극 단자를 연결하는 버스바; 상기 버스바를 덮는 단자부 차폐부; 상기 배터리 셀의 외측에 배치되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 하나 이상의 연결 부재;를 포함하고, 상기 단자부 차폐부는 상부 차폐부와 하부 차폐부로 구성되고, 상기 하부 차폐부는 하나 이상의 개구부를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
상기 개구부는 홀의 형태일 수 있다.
상기 단자부 차폐부는 복수개의 배터리 셀의 상부에 구비되는 일체형 구조로 구비될 수 있다.
상기 하부 차폐부는 상기 버스바가 배치되는 수용부를 구비하고, 상기 상부 차폐부는 상기 하부 차폐부를 덮도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 차폐부는 배터리 셀의 정렬방향에 대하여 나란하게 구비되는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 대면하도록 구비되되 상기 제2 면이 상기 제1 면에 대하여 내측에 구비되며, 상기 제1 및 제2 면은 각각 제1 및 제2 개구부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 개구부는 상기 버스바에 의하여 연결되는 전극 단자와 전극 단자 사이의 영역에 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 개구부는 버스바에 의하여 연결되는 전극 단자와 전극 단자에 각각 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부와 대면하도록 구비되되 상기 제1 개구부들 사이의 영역에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 개구부의 어느 하나 이상은 복수개의 홀을 포함하여 이루어 질 수 있다.
상기 제1 개구부를 통하여 냉각 매체가 유입되고, 상기 제2 개구부를 통하여 상기 냉각 매체가 배출되어 버스바를 냉각시킬 수 있다.
상기 연결 부재는 상기 배터리 셀의 양측면을 지지하는 두개의 측면부 연결 부재와 상기 배터리 셀의 바닥을 지지하는 바닥부 연결 부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 배터리 모듈 중 어느 하나 이상과, 상기 배터리 모듈을 수용하고 하나 이상의 통공부가 구비되는 하우징을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
상기 하우징은 복수개의 배터리 모듈을 수용하고, 상기 복수개의 배터리 모듈은 배터리 셀의 측면이 서로 대면하도록 정렬되어 상기 하우징에 수용될 수 있다.
상기 통공부는 제1 및 제2 통공부를 포함하고, 상기 제1 통공부는 배터리 셀을 냉각시키는 냉각 매체가 유입되는 인렛이고, 상기 제2 통공부는 상기 제1 통공부로 유입되는 냉각 매체가 배출되는 아웃렛일 수 있다.
상기 하우징의 제1 및 제2 통공부는 서로 대면하도록 구비되되, 상기 제1 통공부는 상기 배터리 모듈의 측면에 대면하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 통공부는 상기 단자부 차폐부의 개구부에 대면하도록 구비될 수 있다.
상기 배터리 셀을 냉각시키는 냉각 매체는 상기 단자부 차폐부의 개구부를 통하여 유입되어 버스바를 냉각시킨 다음, 상기 단자부 차폐부의 개구부를 통하여 배출될 수 있다.
이때, 상기 제2 개구부를 통하여 배출되는 냉각 매체는 상기 제1 또는 제2 엔드 플레이트로 향하는 유로를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 또는 제2 엔드 플레이로 향하는 유로는 상기 하우징의 통공부로 연장되어 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 냉각 특성이 향상되어 복수회의 충방전에 의해서도 배터리 셀이 쉽게 열화되지 않는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 버스바를 냉각시키기 위하여 별도의 부재를 추가하여 구비함이 없이, 상기 버스바를 효과적으로 냉각시킴으로써 전류의 흐름이 원활한 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩을 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 도면.
도 3은 배터리 모듈의 분해도.
도 4는 도 3의 A의 확대도.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 단자부 차폐부를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 단자부 차폐부를 도시한 도면.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타낸 도면이고, 도 3은 배터리 모듈의 분해도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 (110)은 각각 전극 단자 (11, 12)를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 (10); 상기 전극 단자 (11, 12)를 연결하는 버스바 (20); 상기 버스바 (20)를 덮는 단자부 차폐부 (120); 상기 배터리 셀 (10)의 외측에 배치되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112); 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)를 연결하는 하나 이상의 연결 부재 (113, 114);를 포함한다. 또한, 상기 배터리 모듈 (110)에서, 상기 단자부 차폐부 (120)는 상부 차폐부 (126)와 하부 차폐부 (127)로 구성되고, 상기 하부 차폐부 (127)는 하나 이상의 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩 (100)은 상기 배터리 모듈 (110)을 하나 이상 수용하고, 하나 이상의 통공부 (131, 132)가 구비되는 하우징 (130)을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 하우징 (130)은 복수개의 배터리 모듈 (110)을 커버하고, 상기 복수개의 배터리 모듈 (110)은 배터리 셀 (10)의 측면이 대면하도록 정렬될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하여 하우징 (130)에 수용되는 배터리 모듈 (110)을 검토하면, 상기 배터리 모듈 (110)은 일방향으로 정렬되고, 각각 전극 단자 (11, 12)를 구비한 복수개의 배터리 셀 (10)을 포함하는데, 상기 배터리 셀 (10)은 이웃하는 배터리 셀 (10)의 넓은 면이 서로 대면하도록 정렬된다.
상기 배터리 모듈 (110)을 구성하는 배터리 셀 (10)은 전지 케이스에 양극판 및 음극판과, 이들 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와 전해액을 수용시킨 후, 캡 플레이트 (14)를 이용하여 상기 전극 조립체를 수용한 전지 케이스를 밀폐시킴으로써 제작될 수 있다. 상기 캡 플레이트 (14)에는 양극판과 연결되는 양극 단자 (11), 음극판과 연결되는 음극 단자 (12)인 전극 단자들이 외부로 돌출된 형태로 구비될 수 있다. 양극판 및 음극판은 전해액과 반응하여 전기 화학 에너지를 발생시킬 수 있는데, 이때 발생한 에너지는 양극 단자 (11) 및 음극 단자 (12)를 통하여 외부로 전달된다. 또한, 양극 단자 (11) 및 음극 단자 (12)의 사이에는 벤트 (13)가 구비되어 기체를 방출하는 통로의 역할을 한다.
본 실시예에서는 상기 배터리 셀 (10)은 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지를 적용할 수 있다.
배터리 모듈 (110)은 복수개의 배터리 셀 (10)과, 서로 공간적으로 이격되어 구비되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)와, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)를 연결하는 연결부재 (113, 114)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)는 각각 최외각의 배터리 셀 (10)과 면접촉하도록 배치되어, 복수개의 배터리 셀 (10)을 내측으로 가압할 수 있다. 연결 부재 (113, 114)는 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)를 연결하는데, 상기 연결 부재 (113, 114)의 일단은 제1 엔드 플레이트 (111)에 체결되고, 상기 연결 부재 (113, 114)의 타단은 제2 엔드 플레이트 (112)에 체결된다. 이때, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)와 상기 연결 부재 (113, 114)는 볼트-너트 등의 부재에 의하여 체결될 수 있다.
또한, 상기 연결 부재 (113, 114)는 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)를 연결하여, 복수개의 배터리 셀 (10)이 정렬될 수 있는 공간을 제공하고, 동시에 상기 배터리 셀 (10)의 양측면과 바닥면을 지지할 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에서는 상기 배터리 셀 (10)의 양측면을 지지하는 두개의 측면부 연결 부재 (113)와 상기 배터리 셀 (10)의 바닥면을 지지하는 하나의 바닥부 연결 부재 (114)로 도시되어 있으나, 상기 연결 부재 (113, 114)의 구비되는 위치 및 형상 등은 배터리 모듈 (110)의 설계에 의하여 자유롭게 변형이 가능하다.
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트 (111, 112)와, 측면부 연결 부재 (113), 바닥부 연결 부재 (114)에 의하여 구획된 공간에서 상기 배터리 셀 (10)은 고정되어 외부 충격에 의하여 쉽게 유동하지 않는다.
또한, 배터리 셀 (10)과 배터리 셀 (10) 사이에는 배리어 (30)가 개재될 수 있다. 상기 배리어 (30)에는 스페이서 (미도시)가 구비되어, 이웃하는 복수개의 배터리 셀 (10)을 이격시키고, 상기 배터리 셀 (10) 사이의 공간을 형성시켜 배터리 셀 (10)을 냉각시키는 냉각 매체의 이동 통로를 제공할 수 있다.
도 1을 참조하여 상기 복수개의 배터리 모듈 (110)을 수용하는 하우징 (130)을 검토하면, 상기 하우징 (130)은 통공부 (131, 132)를 포함할 수 있는 데, 상기 통공부 (131, 132)는 배터리 셀 (10)을 냉각시키는 냉각 매체가 유입되는 제1 통공부 (131)인 인렛 (131)과, 상기 냉각 매체가 배출되는 제2 통공부 (132)인 아웃렛 (132)을 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 매체는 인렛 (131)을 통하여 유입 (S1)되고, 하우징 (130) 내부에 수용되어 하나 이상의 배터리 모듈 (110)을 냉각시킨 후, 아웃렛 (132)를 통하여 배출 (S2)될 수 있다.
통상 배터리 셀 (10)은 복수회의 충전 및 방전을 진행하면서, 열이 발생할 수 있다. 이러한 발열은 배터리 셀 (10)의 온도를 증가시켜, 배터리 셀 (10)의 성능을 저하시킬 뿐 아니라, 안전성에도 문제가 될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 배터리 셀 (10)로 이루어지는 배터리 모듈 (110)을 포함하는 배터리 팩 (100)에는 상기 배터리 셀 (10)을 냉각시키기 위한 냉각 매체가 구비될 수 있다.
상기 하우징 (130)에 구비되는 제1 통공부 (131)인 인렛 (131) 및 제2 통공부 (132)인 아웃렛 (132)는 배터리 셀 (10)을 냉각시키기 위한 냉각 매체가 이동하는 통로 (S1, S2)로 사용될 수 있다. 이때, 상기 냉각 매체의 냉각 효율을 증대시키기 위하여, 하우징 (130)에 의하여 밀폐된 공간 내에 냉각 매체의 유로를 형성할 수 있다. 상기 하우징 (130) 내부에서 냉각 매체의 유로는 냉각 매체가 유입되는 인렛 (131)과 아웃렛 (132)에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명에서는 인렛 (131) 및 아웃렛 (132)은 서로 대면하도록 구비되되, 상기 인렛 (131)은 상기 배터리 모듈 (110)의 측면에 대면하도록 구비되도록 할 수 있다.
인렛 (131)은 냉각 매체가 유입 (S1)되는 부분으로, 배터리 팩 (100) 내에 유입되는 냉각 매체의 온도가 가장 낮은 부분이다. 따라서, 배터리 모듈 (110)에서 상기 배터리 셀 (10)의 노출되는 영역이 비교적 넓은 배터리 모듈 (110)의 측면부가 인렛 (131)에 대면하도록 구비되는 것이 좋다. 또한, 아웃렛 (132)은 배터리 모듈 (110)과의 열교환하여 온도가 상승한 냉각 매체가 배출 (S2)되는 부분이다.
전술한 바와 같이, 일방향으로 정렬된 배터리 셀 (10) 사이에는 배리어 (30)가 구비될 수 있으며, 상기 배리어 (30)에 의하여 형성되는 공간은 냉각 매체의 유로를 형성할 수 있다. 상기 냉각 매체는 배리어 (30)와 배터리 셀 (10) 사이의 공간에 냉각 매체가 유입되어 배터리 셀 (10)의 넓은 면과 접하여 열교환하고, 유입되는 방향과 반대 방향으로 배출될 수 있다..
도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 모듈 (110)은 단자부 차폐부 (120)를 더 포함할 수 있다. 상기 단자부 차폐부 (120)는 상부 차폐부 (126)와 하부 차폐부 (127)로 구성될 수 있으며, 상기 하부 차폐부 (127)는 하나 이상의 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다. 단자부 차폐부 (120)는 이웃하는 버스바 (20) 사이의 단락을 방지하고, 또한, 상기 배터리 모듈 (110)에 사용되는 재료인, 볼트 또는 너트 등의 금속으로 이루어진 전기 전도체에 의하여 단락되는 것을 방지하기 위하여 구비될 수 있다.
상기 하부 차폐부 (127)는 상기 버스바 (20)가 배치되는 수용부를 구비하고, 상기 상부 차폐부 (126)는 상기 하부 차폐부 (127)를 덮도록 구비될 수 있다. 하부 차폐부 (127)는 배터리 셀 (10)에 구비되는 전극 단자들 (11, 12)을 전기적으로 연결하는 복수개의 버스바 (20)를 구획할 수 있으며, 또한 상기 버스바 (20)를 냉각시키는 냉각 매체의 유로를 형성하는 하나 이상의 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다. 상기 개구부 (124, 125)는 제1 및 제2 개구부 (124, 125)로 구성될 수 있다. 버스바 (20)는 배터리 셀 (10)의 양극 단자 (11) 및 음극 단자 (12) 등을 전기적으로 연결하는 니켈 등의 전기적 도체로, 너트 (21) 등의 부재를 이용하여 버스바 (20)에 고정시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 A의 확대도이다.
도 4를 참조하면, 하부 차폐부 (127)는 제1 및 제2 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 개구부 (124, 125)는 홀의 형태일 수 있다. 본 배터리 모듈 (110)에서는 상기 단자부 차폐부 (120)는 복수개의 배터리 셀 (10)의 상부에 구비되어 복수개의 버스바 (20)를 덮는 일체형 구조로 구비될 수 있다. 이와 같이, 단자부 차폐부 (12)를 일체형으로 형성시킴으로써, 배터리 모듈 (110)의 제작을 단순화 할 수 있으며, 공정효율을 높일 수 있다. 또한, 일체형으로 제작된 단자부 차폐부 (127)는 기계적 강도가 증가되어, 버스바 (20)를 더 견고하게 보호할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 하부 차폐부 (127)는 이웃하는 버스바 (20) 사이에 구비되는 복수개의 격벽 (121)과, 상기 격벽들 (121)을 연결하는 제1 및 제2 면 (122, 123)을 포함할 수 있다. 상기 하부 차폐부 (127)의 격벽 (121)은 이웃하는 버스바 (20) 사이를 구획하여 버스바 (20) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
하부 차폐부 (127)는 배터리 셀 (10)의 정렬방향에 대하여 나란하게 구비되는 제1 및 제2 면 (122, 123)을 포함하고, 상기 제1 면 (122)과 상기 제2 면 (123)은 서로 대면하도록 구비되되, 상기 제2 면 (123)이 상기 제1 면 (122)에 대하여 내측에 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 면 (122, 123)은 각각 제1 및 제2 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 격벽들 (121)을 연결하는 제1 및 제2 면은 (122, 123)은 서로 대면하도록 구비되되, 상기 제1 및 제2 면 (122, 123)은 각각 제1 및 제2 개구부 (124, 125)를 포함할 수 있다. 본 실시예는 격벽들 (121)이 하부 차폐부 (127)에 구비되는 것으로 나타내었으나, 이는 상기 버스바 (20)를 구획하도록 구비되면 족하므로, 상기 격벽들 (121)은 상기 상부 차폐부 (126)에 구비될 수 있다.
또한, 하부 차폐부 (127)는 배터리 셀 (10)의 전극 단자 (11, 12)가 구비된 영역을 포함하도록 구비될 수 있다. 따라서, 상기 배터리 셀 (10)의 양단에 구비된 전극 단자 (11, 12)에 대응하도록, 상기 배터리 모듈 (110)의 상부면의 좌측 및 우측에 각각 구비될 수 있고, 상기 좌측 및 우측에 구비되는 하부 차폐부 (127)는 대략 대칭되도록 구비될 수 있다. 하부 차폐부 (127)에서 제1 면 (122)는 배터리 모듈 (110)의 외부측을 향하는 면이고, 제2 면 (123)은 배터리 셀의 내부측을 향하는 면을 지칭한다.
상기 제1 개구부 (124)는 버스바 (20)에 의하여 연결되는 전극 단자 (11, 12) 사이의 영역에 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부 (125)는 상기 제1 개구부 (124)와 대면하도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1 개구부 (124)는 전극 단자 (11, 12) 사이의 영역에 대응하도록 구비되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 배터리 셀 (10)이 반복적으로 충방전을 진행될수록, 배터리 셀 (10)에서는 열이 발생하고, 이와 같은 열은 전류의 흐름이 집중되는 부분인 버스바 (20)에서도 동일하게 발생한다. 또한, 상기 버스바 (20)에서 발생하는 열이 증가할수록, 버스바 (20)의 저항이 증가하여 전류의 흐름을 방해할 수 있다. 따라서, 버스바 (20)를 냉각시킴으로써 배터리 모듈 (110)의 성능을 향상시킬 수 있는데, 본 발명에 따른 배터리 팩 (100)은 별도의 버스바 (20) 냉각용 냉각 매체를 사용하지 않고, 버스바 (20)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
즉, 상기 하부 차폐부 (127) 내부로, 제1 개구부 (124)를 통하여 냉각 매체가 유입 (t1)되고, 상기 제2 개구부 (125)를 통하여 상기 냉각 매체가 배출 (t2)되도록 한다 되도록 한다. 따라서, 버스바 (20)를 냉각시킬 때 별도의 버스바 (20) 냉각용 냉각 매체를 배터리 모듈 (110) 또는 배터리 팩 (100)에 추가하지 않고, 단지, 하부 차폐부 (127)에 냉매 이동용 유로 (t1, t2)를 형성하여 버스바 (20)를 냉각시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 개구부 (124)를 배터리 셀 (10)을 냉각시키는 데 이용되는 냉각 매체의 이동 방향과 마주보도록 설정함으로써, 배터리 셀 (10) 냉각용 냉매를 버스바 (20)를 냉각시킬 수 있다.
구체적으로, 배터리 팩 (100)에서 상기 하우징 (130)의 인렛 (131) 또는 아웃렛 (132)은 상기 하부 차폐부 (127)의 제1 또는 제2 개구부 (121, 122)에 대면하도록 구비될 수 있다. 따라서, 배터리 셀 (10)을 냉각시키기 위한 냉매는 상기 인렛 (131)을 통하여 유입 (S1)되어, 배터리 셀 (10) 사이의 배리어 (30)에 의하여 형성된 공간으로 유로를 형성한다. 또한, 상기 배터리 셀 (10)을 냉각시키기 위한 냉매는 하부 차폐부 (127)의 제1 개구부 (124)를 통하여 유입되어 버스바 (120)를 냉각시키고, 제2 개구부 (124)를 통하여 배출되는 유로 (t1, t2)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제2 개구부 (122)를 통하여 배출 (t2)되는 냉각 매체는 상기 제1 또는 제2 엔드 플레이트 (111, 112)로 향하는 유로를 형성할 수 있고, 이와 같이 형성된, 제1 또는 제2 엔드 플레이트 (111, 112)로 향하는 유로는 상기 하우징 (130)의 아웃렛 (132)으로 연장되어 배터리 팩 (100)의 외부로 배출 (S2)될 수 있다.
또한, 상기 제1 개구부 (124)는 상기 격벽 (121)에 의하여 구획된 영역인 수용부에 속해있는 한쌍의 전극 단자 (11, 12)에 각각 대응하도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1 개구부 (124)의 크기는 일반적으로 배터리 팩 (100)의 제작에 사용되는 볼트 또는 너트 등의 전기 전도체인 부재들에 비하여 작은 크기로 형성될 수 있으며, 따라서, 공정상의 발생할 수 있는 전기 전도체가 상기 하부 차폐부 (127) 내로 침투하지 못한다. 또한, 상기 냉각 매체로는 저온의 공기 등이 사용될 수 있으며, 공기는 그 특성상 개구부의 크기에 거의 영향 받지 않으므로, 작은 크기로 형성된 제1 또는 제2 개구부 (124, 125)의 경우에도 상기 하부 차폐부 (127)의 내부로 용이하게 유입 (t1) 또는 배출 (t2)될 수 있다. 이와 같이, 제1 개구부 (124)를 통하여 유입 (t1)되는 배터리 셀 (10) 냉각용 냉각 매체는 각각의 전극 단자 (11, 12)에 대응하여 구비되는 한쌍의 제1 개구부 (124)를 통하여 유입 (t1)되어 상기 전극 단자 (11, 12)를 연결하는 버스바 (20)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 한쌍의 제1 개구부 (124)를 통하여 유입 (t1)된 냉각 매체는 상기 한쌍의 제1 개구부 (124)의 사이에 대응하여 구비되는 제2 개구부 (125)를 통하여 배출 (t2)된다. 상기 냉각 매체가 유입되는 부분에 비하여 배출되는 부분이 적은 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 냉각 매체는 하부 차폐부 (127)의 내부에서 장시간 머무를 수 있고, 또한 버스바 (20)와의 열교환으로 인하여 온도가 상승한 냉각 매체는 제2 개구부 (125)를 통하여 배출 (t1)될 수 있다.
본 실시예에서는 인렛 (131) 및 아웃렛 (132)이 구비된 하우징 (130)을 구성하여, 냉각 매체를 효율적으로 사용하도록 배터리 팩 (110)을 구성하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 하우징 (130)과 무관하게, 복수개의 배터리 모듈 (110)은 단순히 냉각 매체와 접촉시킴으로써 배터리 셀 (10)을 용이하게 냉각시킬 수 있을 것이다.
하부 차폐부 (127)에 구비되는 제1 및 제2 개구부 (124, 125)의 크기 및 형태 등은 배터리 팩 (100)을 구성하는 냉각 매체의 속도 및 온도 등의 설계 시스템에 의하여 적절하게 변형이 가능하다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩에 관한 것이나, 후술할 내용을 제외하고는 도 1 내지 도 4에 기재된 구성 및 기능이 유사하므로 자세한 내용은 생략하고 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 단자부 차폐부의 일측면을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩을 구성하는 단자부 차폐부의 하부 차폐부는 배터리 셀에 구비되는 전극 단자들 (11, 12)을 전기적으로 연결하는 복수개의 버스바 (20)를 구획하고, 상기 버스바 (20)를 냉각시키는 냉각 매체의 유로를 형성하는 하나 이상의 제1 및 제2 개구부 (224, 225)를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부 (224)는 버스바 (20)에 의하여 연결되는 전극 단자 (11, 12) 사이의 영역에 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부 (225)는 상기 제1 개구부 (225)와 대면하도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 개구부 (224)는 한쌍의 전극 단자 (11, 12)를 연결하는 버스바 (20)의 중심부에 대면하도록 구비됨으로써, 제1 개구부 (224)를 통하여 유입 (t1)되는 냉각 매체는 버스바 (20)의 중심부에 직접 전달되어 버스바 (20)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 버스바 (20)를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 냉각 매체는 유입 (t1)된 부분인 제1 개구부 (224)에 대응하여 구비되어 있는 제2 개구부 (224)를 통하여 신속하게 배출 (t2)될 수 있다. 따라서, 상기 단자부 차폐부의 내부로 유입 (t1)되는 냉각 매체의 순환은 신속하게 이루어지므로 버스바 (20) 냉각을 용이하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 단자부 차폐부의 일측면을 도시한 도면이다.
도 6를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩을 구성하는 단자부 차폐부의 하부 차폐부는 배터리 셀에 구비되는 전극 단자들 (11, 12)을 전기적으로 연결하는 복수개의 버스바 (20)를 구획하고, 상기 버스바 (20)를 냉각시키는 냉각 매체의 유로를 형성하는 하나 이상의 제1 및 제2 개구부 (324, 325)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 개구부 (324)는 상기 단자부 차폐부에 의하여 구획된 영역에 한쌍의 전극 단자 (11, 12)에 각각에 대응하는 위치에 구비될 수 있고, 또한, 상기 제2 개구부 (325)는 상기 제1 개구부 (324)에 대면하도록 구비되되, 상기 전극 단자 (11, 12) 사이의 영역에 대응하도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1 개구부 (324)는 복수개의 홀을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 복수개의 홀은 각각의 대응하는 전극 단자들 (11, 12)에 대응되는 면적 내에서 복수개의 홀로 구현될 수 있다. 상기 복수개의 홀로 구현된 제1 개구부 (324)는 두개의 이격된 영역에 구비될 수 있고, 상기 이격된 영역에 구비된 복수개의 홀을 통하여 냉각 매체가 유입 (t1)되어 버스바 (20)를 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 작은 크기의 복수개의 홀로 형성된 제1 개구부 (324)는 냉각 매체가 유입 (t1)될 때, 상기 냉각 매체의 속도를 증가시킴과 동시에 상기 와류를 형성함으로써 버스바 (20)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 작은 크기로 형성된 제1 개구부 (324)는 이를 통하여 공정상 이물질의 유입을 더욱더 차단할 수 있고, 또한 단자부 차폐부의 기계적인 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11, 12: 전극 단자
13: 벤트 14: 캡플레이트
20: 버스바 21: 너트
30: 배리어 100: 배터리 팩
110: 배터리 모듈 111: 제1 엔드 플레이트
112: 제2 엔드 플레이트 113: 측면부 연결 부재
114: 바닥부 연결 부재 120: 단자부 차폐부
126: 상부 차폐부 127:하부 차폐부
121, 221, 321: 격벽 122, 222, 322: 제1 면
123, 223, 323: 제2 면 124, 224, 324: 제1 개구부
125, 225, 325: 제2 개구부 130: 하우징
131: 제1 통공부 132: 제2 통공부

Claims (18)

  1. 각각 전극 단자를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 전극 단자를 연결하는 버스바;
    상기 버스바를 덮는 단자부 차폐부;
    상기 배터리 셀의 외측에 배치되는 한쌍의 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및
    상기 제1 및 제2 엔드 플레이트를 연결하는 하나 이상의 연결 부재;를 포함하고,
    상기 단자부 차폐부는 상부 차폐부와 하부 차폐부로 구성되고, 상기 하부 차폐부는 하나 이상의 개구부를 포함하며,
    상기 하부 차폐부는 상기 버스바가 배치되는 수용부를 구비하고, 상기 상부 차폐부는 상기 하부 차폐부를 덮도록 구비되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는 홀의 형태인 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단자부 차폐부는 복수개의 배터리 셀의 상부에 구비되어 복수개의 버스바를 덮는 일체형 구조로 구비되는 배터리 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 차폐부는 배터리 셀의 정렬 방향에 대하여 나란하게 구비되는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 대면하도록 구비되되 상기 제2 면은 상기 제1 면에 대면하도록 상기 배터리 모듈의 내측에 구비되며, 상기 제1 및 제2 면은 각각 제1 및 제2 개구부를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구부는 상기 버스바에 의하여 연결되는 전극 단자와 전극 단자 사이의 영역에 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 구비되는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구부는 버스바에 의하여 연결되는 전극 단자와 전극 단자에 각각 대응하도록 구비되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부와 대면하도록 구비되되 상기 제1 개구부들 사이의 영역에 대응하도록 구비되는 배터리 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 개구부의 어느 하나 이상은 복수개의 홀을 포함하여 이루어지는 배터리 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구부를 통하여 냉각 매체가 유입되고, 상기 제2 개구부를 통하여 상기 냉각 매체가 배출되어 버스바를 냉각시키는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 배터리 셀의 양측면을 지지하는 두개의 측면부 연결 부재와 상기 배터리 셀의 바닥을 지지하는 바닥부 연결 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 수용하고 하나 이상의 통공부가 구비되는 하우징을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은 복수개의 배터리 모듈을 수용하고, 상기 복수개의 배터리 모듈은 배터리 셀의 측면이 서로 대면하도록 정렬되어 상기 하우징에 수용되는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 통공부는 제1 및 제2 통공부를 포함하고, 상기 제1 통공부는 배터리 셀을 냉각시키는 냉각 매체가 유입되는 인렛이고, 상기 제2 통공부는 상기 제1 통공부로 유입되는 냉각 매체가 배출되는 아웃렛인 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징의 제1 및 제2 통공부는 서로 대면하도록 구비되되, 상기 제1 통공부는 상기 배터리 모듈의 측면에 대면하도록 구비되는 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 통공부는 상기 단자부 차폐부의 개구부에 대면하도록 구비되는 배터리 팩.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 통공부를 통하여 유입되는 냉각시키는 냉각 매체는 상기 단자부 차폐부의 개구부를 통하여 유입되어 버스바를 냉각시킨 다음, 상기 단자부 차폐부의 개구부를 통하여 배출되는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 개구부를 통하여 배출되는 냉각 매체는 상기 제1 또는 제2 엔드 플레이트로 향하는 유로를 형성하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 엔드 플레이로 향하는 유로는 상기 하우징의 제2 통공부로 연장되어 배터리 팩의 외부로 배출되는 배터리 팩.
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