KR101632339B1 - 외부 충격을 흡수할 수 있는 배터리 팩 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 충격을 흡수할 수 있는 배터리 팩 조립체를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 복수의 배터리 모듈을 수납하는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스를 수용하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 내부면과 상기 모듈 케이스의 외부면 사이에 구비되는 자기유변유체 감쇠기;를 포함한다.

Description

외부 충격을 흡수할 수 있는 배터리 팩 조립체{BATTERY PACK ASSEMBLY CAN ABSORB THE EXTERNAL SHOCK}
본 발명은 배터리 팩 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부 충격을 흡수할 수 있는 배터리 팩 조립체에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 배터리 팩이 전기 차량 등에 적용된 경우, 전기 차량의 주행상태에 따라 다양한 외부 충격에 노출될 수 있다. 배터리 팩을 외부 충격으로부터 보호하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로서, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0008298에는 스프링과 같은 탄성체에 의한 충격 흡수 방법을 개시하고 있다.
하지만, 상술한 바와 같이 대용량 구조에 대한 수요가 증가함에 따라 배터리 팩의 무게가 점차 증가하는 상황에서, 스프링과 같은 탄성체만으로 외부 충격을 흡수하는 방법은 한계가 있다. 따라서, 충격 흡수를 위한 새로운 방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 외부 충격을 흡수할 수 있는 배터리 팩 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 복수의 배터리 모듈을 수납하는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스를 수용하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 내부면과 상기 모듈 케이스의 외부면 사이에 구비되는 자기유변유체 감쇠기;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 복수의 배터리 모듈 중 양 측면에 위치하는 배터리 모듈과 각각 접하는 엔드 플레이트 형상을 가지며, 상기 자기유변유체 감쇠기는 상기 각각의 엔드 플레이트와 상기 팩 케이스 사이에 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 복수의 배터리 모듈의 측면을 모두 감싸는 프레임 형상을 가지며, 상기 자기유변유체 감쇠기는 상기 모듈 케이스의 각 측면과 상기 팩 케이스 사이에 구비된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 복수의 배터리 모듈의 6면을 모두 감싸는 6면체 형상을 가지며, 상기 자기유변유체 감쇠기는 상기 모듈 케이스의 6면과 상기 팩 케이스 사이에 구비된다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 상기 자기유변유체 감쇠기에 전원을 공급하는 전원 공급기; 및 상기 전원 공급기와 상기 자기유변유체 감쇠기의 전기적 연결을 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어기는 외부 충격이 감지될 때 외부 충격을 흡수할 수 있는 자기유변유체 감쇠기와 전원 공급기 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 배터리 팩 조립체; 및 상기 모듈 케이스 내부에 수납된 복수의 배터리 모듈;을 포함하는 것을 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 이때, 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩에 가해지는 외부 충격을 흡수할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 팩의 중량이 증가하여도 효율적인 충격 흡수가 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이차전지 내부에 가스가 발생하여도 자기유변유체 감쇠기가 일정한 압력을 배터리 모듈에 인가하기 때문에 스웰링 방지가 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 조립체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 조립체의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립체는 복수의 배터리 모듈을 수납하는 모듈 케이스, 상기 모듈 케이스를 수용하는 팩 케이스 및 상기 팩 케이스의 내부면과 상기 모듈 케이스의 외부면 사이에 구비되는 자기유변유체 감쇠기를 포함한다.
상기 '자기유변유체 감쇠기'란, 인가되는 자기장의 세기에 따라 점성이 변화하는 자기유변유체(Magnetorheological fluid)를 이용한 댐퍼(Damper)를 의미한다.
따라서 상기 자기유변유체 감쇠기가 외부 충격을 흡수하는 감쇠기로서 역할을 하기 위해서는 자기장을 발생 및 세기를 조절할 수 있는 전원 공급이 필요하다. 본 발명에 배터리 팩 조립체는 상기 자기유변유체 감쇠기에 전원을 공급하는 전원 공급기(도면 미도시) 및 상기 전원 공급기와 상기 자기유변유체 감쇠기의 전기적 연결을 제어하는 제어기(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 제어기는 외부 충격이 감지될 때 외부 충격을 흡수할 수 있는 자기유변유체 감쇠기와 전원 공급기 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다. 상기 제어기의 보다 자세한 제어 방법에 대해서는 대한민국 공개특허공보 10-2011-0075964 등에 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 조립체(100)의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스는 복수의 배터리(101~105) 모듈 중 양 측면에 위치하는 배터리 모듈(101, 105)과 각각 접하는 엔드 플레이트(111, 112) 형상을 가진다.
이때, 상기 자기유변유체 감쇠기(121, 122)는, 상기 각각의 엔드 플레이트(111, 112)와 상기 팩 케이스(130) 사이에 구비된다. 따라서, 2개의 자기유변유체 감쇠기(121, 122)가 세로방향의 충격을 흡수할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 자기유변유체 감쇠기(121, 122)가 저항과 코일로 구성된 등가회로로 도시되어 있다. 상기 코일은 자기장을 발생시키는 것으로서, 상술한 전원 공급기 및 제어기와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 조립체(200)의 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스(210)는 복수의 배터리 모듈(201~205)의 측면을 모두 감싸는 프레임 형상을 가진다.
이때, 상기 자기유변유체 감쇠기(221~224)는 상기 모듈 케이스(210)의 각 측면과 상기 팩 케이스(230) 사이에 구비된다. 따라서, 4개의 자기유변유체 감쇠기(221~224)가 세로방향 및 가로방향의 충격을 흡수할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 조립체(300)의 사시도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스(310)는 복수의 배터리 모듈(301~305)의 6면을 모두 감싸는 6면체 형상을 가진다.
이때, 상기 자기유변유체 감쇠기(321~326)는, 상기 모듈 케이스(310)의 6면과 상기 팩 케이스(330) 사이에 구비된다. 따라서, 6개의 자기유변유체 감쇠기(321~326)가 세로방향, 가로방향 및 수직방향의 충격을 흡수할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 조립체(100, 200, 300)는, 상기 배터리 팩 조립체(100, 200, 300) 및 상기 모듈 케이스 내부에 수납된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다.
상기 배터리 모듈은 다양한 이차전지에 의해 구성될 수 있다. 각각의 이차 전지는 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 각 배터리 모듈에 포함되는 이차 전지의 개수 및 배터리 모듈의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이차 전지의 종류, 출력전압, 충전용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩에 가해지는 외부 충격을 흡수할 수 있다. 특히, 배터리 팩의 중량이 증가하여도 효율적인 충격 흡수가 가능하다. 또한, 이차전지 내부에 가스가 발생하여도 자기유변유체 감쇠기가 일정한 압력을 배터리 모듈에 인가하기 때문에 스웰링 방지가 가능하다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 배터리 팩 조립체
101~105 : 배터리 모듈
111, 112 : 모듈 케이스
121, 122 : 자기유변유체 감쇠기
130 : 팩 케이스
200 : 배터리 팩 조립체
201~205 : 배터리 모듈
210 : 모듈 케이스
221~224 : 자기유변유체 감쇠기
230 : 팩 케이스
300 : 배터리 팩 조립체
301~305 : 배터리 모듈
310 : 모듈 케이스
321~326 : 자기유변유체 감쇠기
330 : 팩 케이스

Claims (9)

  1. 복수의 배터리 모듈을 수납하는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스를 수용하는 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스의 내부면과 상기 모듈 케이스의 외부면 사이에 구비되는 자기유변유체 감쇠기;를 포함하고,
    상기 자기유변유체 감쇠기는 외부 충격을 흡수하고 상기 배터리 모듈에 일정한 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 복수의 배터리 모듈 중 양 측면에 위치하는 배터리 모듈과 각각 접하는 엔드 플레이트 형상을 가지며,
    상기 자기유변유체 감쇠기는, 상기 각각의 엔드 플레이트와 상기 팩 케이스 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 복수의 배터리 모듈의 측면을 모두 감싸는 프레임 형상을 가지며,
    상기 자기유변유체 감쇠기는, 상기 모듈 케이스의 각 측면과 상기 팩 케이스 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 복수의 배터리 모듈의 6면을 모두 감싸는 6면체 형상을 가지며,
    상기 자기유변유체 감쇠기는, 상기 모듈 케이스의 6면과 상기 팩 케이스 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기유변유체 감쇠기에 전원을 공급하는 전원 공급기; 및
    상기 전원 공급기와 상기 자기유변유체 감쇠기의 전기적 연결을 제어하는 제어기;를 더 포함하는 배터리 팩 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는, 외부 충격이 감지될 때 외부 충격을 흡수할 수 있는 자기유변유체 감쇠기와 전원 공급기 사이의 전기적 연결을 차단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 조립체; 및
    상기 모듈 케이스 내부에 수납된 복수의 배터리 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
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