KR101477548B1 - 콤팩트한 구조의 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 단위모듈들이 상하로 적층된 구조의 둘 이상의 전지모듈들; 전지모듈들이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트; 전지셀의 전극단자 방향을 기준으로 전지모듈들의 전면과 후면에 각각 장착되는 전면 지지부재와 후면 지지부재; 전지팩의 외면을 형성하는 전지모듈들의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 베이스 플레이트 상에 결합되는 측면 지지부재; 및 전지모듈들의 위치 고정 내지 장착을 위해 전지모듈들의 상면과 양측면을 감싸면서 베이스 플레이트에 결합되는 하나 이상의 스트랩 부재; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

콤팩트한 구조의 전지팩 {Battery Pack of Compact Structure}

본 발명은 콤팩트한 구조의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀들을 포함하는 단위모듈들이 상하로 적층된 구조의 전지모듈들, 전지모듈들이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트, 전지셀의 전극단자 방향을 기준으로 전지모듈들의 전면과 후면에 각각 장착되는 전면 지지부재와 후면 지지부재, 전지팩의 외면을 형성하는 전지모듈들의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 베이스 플레이트 상에 결합되는 측면 지지부재, 및 전지모듈들의 위치 고정 내지 장착을 위해 전지모듈들의 상면과 양측면을 감싸면서 베이스 플레이트에 결합되는 하나 이상의 스트랩 부재를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.

중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

또한, 중대형 전지팩이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

일반적으로 종래의 전지팩은 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판(base plate)에 고정하고, 적정 개수의 전지모듈들에 대해 종판(end plate), 지지보(support bar) 등의 부재를 사용하여 제조된다.

그러나, 상기 구조의 전지팩은 전지모듈들을 장착하는 데 있어서 공간 제약을 많이 가지고 있고, 많은 개수의 전지모듈들이 함께 구성되는 경우 전체적인 전지팩의 구조적 안정성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 전지팩의 경우, 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판에 볼트나 너트로 고정하여 상하 방향의 이동을 방지하고, 종판과 지지보를 통해 길이 방향을 고정하는 형태로 구성되어 있다.

그러나, 상기 구조의 전지팩은 다수의 볼트나 너트 등의 체결부재를 사용하여 전지모듈들을 받침판에 장착하므로, 조립공정이 번거로울 뿐만 아니라, 상기 체결부재를 대한 공간을 확보해야 하므로, 공간상의 제약 및 상기 체결부재들의 중량적인 제약을 가지고 있다.

따라서, 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 콤팩트한 구조의 전지팩이 매우 필요한 실정이다.

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

구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지모듈들을 고정하기 위한 신규한 체결구조에 의해, 조립 공정을 간소화하고, 전체적으로 콤팩트 하면서 가벼운 중량의 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,

둘 이상의 전지셀들을 포함하는 단위모듈들이 상하로 적층된 구조의 둘 이상의 전지모듈들;

전지모듈들이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트;

전지셀의 전극단자 방향을 기준으로 전지모듈들의 전면과 후면에 각각 장착되는 전면 지지부재와 후면 지지부재;

전지팩의 외면을 형성하는 전지모듈들의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 베이스 플레이트 상에 결합되는 측면 지지부재; 및

전지모듈들의 위치 고정 내지 장착을 위해 전지모듈들의 상면과 양측면을 감싸면서 베이스 플레이트에 결합되는 하나 이상의 스트랩 부재;

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 전지팩은, 각각의 전지모듈들을 특정한 베이스 플레이트, 전면 및 후면 지지부재, 측면 지지부재, 스트랩 부재 등으로 고정시키므로, 전지모듈 및 전지팩을 상호 체결하기 위한 많은 부재들을 필요로 하고 결합을 위한 용접을 수행하는 종래의 체결구조와 비교하여, 조립성이 향상되고, 전지팩의 전체 크기가 감소하여 보다 콤팩트하고 안정적인 전지팩 구조를 달성할 수 있다.

상기 단위모듈은 다양할 수 있으며, 바람직하게는, 전기적으로 연결된 둘 이상의 전지셀들의 외면이 셀 커버에 의해 감싸인 구조로 이루어질 수 있다.

상기 전지모듈 역시 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 상하로 적층된 둘 이상의 단위모듈의 양측면 또는 양측면과 전후면을 카트리지가 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 둘 이상의 전지모듈들이 전극단자 방향으로 각각 종 방향 배열되어 있는 두 개의 모듈 어셈블리들을 포함하고 있고, 상기 모듈 어셈블리들은 횡 방향으로 이격 거리를 두고 배열되어 있는 구조일 수 있다.

상기 구조에서, 측면 지지부재는 전지팩의 외면을 형성하는 모듈 어셈블리의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 각각의 모듈 어셈블리에 장착되어 있을 수 있다. 즉, 상기 측면 지지부재를 포함한 전지팩을 구성할 경우, 스트랩 부재와 결합하여 전지모듈의 고정 및 장착을 용이하게 함으로써, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

한편, 상기 전면 지지부재 또는 후면 지지부재에는 바람직하게는 외부 입출력 단자들이 위치할 수 있다.

또 다른 바람직한 예에서, 상기 베이스 플레이트에서 스트랩 부재에 대응하는 위치에 전지모듈을 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구가 형성되어 있을 수 있어서, 베이스 플레이트와 스트랩 부재를 안정적으로 결합할 수 있다.

상기 체결부재는 상호간의 체결을 용이하게 달성할 수 있는 부품이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체결용 나사 또는 볼트일 수 있다. 이러한 체결부재는 베이스 플레이트, 스트랩 부재 및 전지모듈의 결합을 더욱 공고히 달성할 수 있으므로 바람직하다.

한편, 상기 스트랩 부재가 장착되는 전지모듈의 대응 측면에는 체결 돌출부가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 스트랩 부재를 안정적으로 용이하게 위치시킬 뿐만 아니라, 외부 충격시 전지모듈에 직접적으로 충격이 전달되는 것을 최소화할 수 있다.

바람직하게는, 체결 돌출부의 중앙에는 스트랩 부재를 체결하기 위한 체결구가 형성되어 있을 수 있어서, 체결 돌출부에 스트랩 부재를 위치시킨 상태에서, 체결부재가 상기 체결구에 삽입되어 결합이 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구조로, 스트랩 부재는 측면 지지부재에도 결합되어 있음은 물론이다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 스트랩 부재는 전지모듈의 양측면 및 상단면을 감싸면서 베이스 플레이트의 상면에 결합되는 구조일 수 있다. 따라서, 조립을 용이하게 수행할 수 있고, 결과적으로 전지팩의 공간을 최적화할 수 있으며, 전지팩의 중량을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩은 별도의 방열부재를 개재하지 않고도 주변의 공기에 의해 높은 냉각 효율성을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는, 상기 측면 지지부재에 냉매가 유통할 수 있는 다수의 슬릿들이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 스트랩 부재가 장착된 상태에서 전지모듈의 상단에는 버스 바 어셈블리 덮개가 추가로 장착될 수 있다.

본 발명은, 또한 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스는 바람직하게는 전력 저장 장치 또는 통신사 중계기일 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 각각의 전지모듈들을 베이스 플레이트, 측면 지지부재 및 스트랩 부재에 고정시킴으로써, 전지팩의 조립을 용이하게 수행하고, 보다 콤팩트하고 안정적인 전지팩 구조를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지팩의 부분 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈 어셈블리, 측면 지지부재 및 스트랩 부재의 모식도이다;
도 4는 도 3의 측면도이다;
도 5는 도 1의 전지모듈 어셈블리 상에 버스 바 어셈블리가 장착된 모식도이다;
도 6은 도 5의 전지모듈들이 베이스 플레이트, 전면 지지부재 및 측면 지지부재와 결합된 모식도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지팩의 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 전지모듈 어셈블리, 측면 지지부재 및 스트랩 부재의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 측면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지팩(200)은 전지모듈들(30), 베이스 플레이트(110), 전면 지지부재(120)와 후면 지지부재(130), 측면 지지부재(140) 및 다수의 스트랩 부재들(150)을 포함하고 있다.

전지모듈(30)은 다수의 전지셀들(10)을 포함하는 단위모듈들(20)이 상하로 적층된 구조된 구조로 이루어져 있고, 이러한 단위모듈(20)은 전기적으로 연결된 다수의 전지셀들(10)의 외면이 셀 커버(11)에 의해 감싸인 구조로 이루어져 있다. 전지셀(10)은 셀 커버(11)에 의해 감싸여 있으므로, 외부로 노출되지 않으므로, 도면에는 점선의 지시선으로 표현하였다.

전지모듈(30)은 상하로 적층된 단위모듈(20)의 양측면과 전후면을 카트리지(21)가 감싸는 구조로 이루어져 있다.

또한, 두 개의 전지모듈들(30)이 전극단자 방향(A)으로 종 방향 배열되어 하나의 모듈 어셈블리(100)을 형성하고 있고, 이러한 있는 모듈 어셈블리(100) 두 개가 횡 방향으로 이격 거리(L)를 두고 배열되어 있다.

전지모듈들(30)은 베이스 플레이트(110)의 상면에 탑재된다.

전면 지지부재(120)와 후면 지지부재(130)는 전지셀(10)의 전극단자 방향(A)을 기준으로 전지모듈들(30)의 전면과 후면에 각각 장착되어 있다. 후면 지지부재(130)에는 외부 입출력 단자들(135)이 위치하고 있다.

측면 지지부재(140)는 전지팩(200)의 외면을 형성하는 전지모듈들(30)의 일측면과 전지팩(200)의 전후면 일부를 감싸는 구조로 베이스 플레이트(110) 상에 결합되어 있다.

이러한 측면 지지부재(140)는 전지팩(200)의 외면을 형성하는 모듈 어셈블리(100)의 일측면과 전지팩(200)의 전후면 일부를 감싸는 구조로 각각의 모듈 어셈블리(100)에 장착되어 있다.

또한, 측면 지지부재(140)에는 냉매가 유통할 수 있는 다수의 슬릿들(145)이 형성되어 있다.

다수의 스트랩 부재들(150)은 전지모듈들(30)의 위치 고정 내지 장착을 위해 전지모듈들(30)의 상면과 양측면을 감싸면서 베이스 플레이트(110)에 결합되어 있다.

베이스 플레이트(110)에서 스트랩 부재(150)에 대응하는 위치에는 전지모듈(30)을 고정하기 위한 체결용 나사(205)가 삽입되는 관통구(115)가 형성되어 있다.

도 5에는 도 1의 전지모듈 어셈블리 상에 버스 바 어셈블리가 장착된 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지모듈들이 베이스 플레이트, 전면 지지부재 및 측면 지지부재와 결합된 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 스트랩 부재(150)가 장착되는 전지모듈(30)의 대응 측면에는 체결 돌출부(105)가 형성되어 있고, 체결 돌출부(105)의 중앙에는 스트랩 부재(150)를 체결하기 위한 체결구(107)가 형성되어 있다.

스트랩 부재(150)는 측면 지지부재(140)에도 결합되어 있다.

이러한 스트랩 부재(150)는 전지모듈(30)의 양측면 및 상단면을 감싸면서 베이스 플레이트(110)의 상면에 결합되는 구조로 형성되어 있어서, 조립을 용이하게 수행할 수 있고, 매우 콤팩트한 구조로 전지팩을 구성할 수 있다.

한편, 스트랩 부재(150)가 장착된 상태에서 전지모듈(30)의 상단에는 버스 바 어셈블리 덮개(220)가 장착되어 있다.

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

Claims (16)

1. 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 단위모듈들이 상하로 적층된 구조의 둘 이상의 전지모듈들;
   전지모듈들이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트;
   전지셀의 전극단자 방향을 기준으로 전지모듈들의 전면과 후면에 각각 장착되는 전면 지지부재와 후면 지지부재;
   전지팩의 외면을 형성하는 전지모듈들의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 베이스 플레이트 상에 결합되는 측면 지지부재; 및
   전지모듈들의 위치 고정 내지 장착을 위해 전지모듈들의 상면과 양측면을 감싸면서 베이스 플레이트에 결합되는 하나 이상의 스트랩 부재;
   를 포함하고 있고, 상기 스트랩 부재가 장착되는 전지모듈의 대응 측면에는 체결 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 체결 돌출부의 중앙에는 스트랩 부재를 체결하기 위한 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전기적으로 연결된 둘 이상의 전지셀들의 외면이 셀 커버에 의해 감싸인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 상하로 적층된 둘 이상의 단위모듈의 양측면 또는 양측면과 전후면을 카트리지가 감싸는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
4. 제 1 항에 있어서, 둘 이상의 전지모듈들이 전극단자 방향으로 종 방향 배열되어 있는 두 개의 모듈 어셈블리들을 포함하고 있고, 상기 모듈 어셈블리들은 횡 방향으로 이격 거리를 두고 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
5. 제 4 항에 있어서, 측면 지지부재는 전지팩의 외면을 형성하는 모듈 어셈블리의 일측면과 전지팩의 전후면 일부를 감싸는 구조로 각각의 모듈 어셈블리에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 지지부재 또는 후면 지지부재에는 외부 입출력 단자들이 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트에서 스트랩 부재에 대응하는 위치에 전지모듈을 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
8. 제 7 항에 있어서, 체결부재는 체결용 나사 또는 볼트인 것을 특징으로 하는 전지팩.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서, 상기 스트랩 부재는 측면 지지부재에도 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 스트랩 부재는 전지모듈의 양측면 및 상단면을 감싸면서 베이스 플레이트의 상면에 결합되는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 지지부재에는 냉매가 유통할 수 있는 다수의 슬릿들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 스트랩 부재가 장착된 상태에서 전지모듈의 상단에는 버스 바 어셈블리 덮개가 추가로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
15. 제 1 항 내지 제 8 항, 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 전력 저장 장치 또는 통신사 중계기인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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