KR101678527B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 배터리부와, 배터리부의 충방전 경로 상에 배치되는 것으로, 충방전의 전력 흐름을 제어하기 위한 다이오드부와, 배터리부와 다이오드부 사이에 개재되며, 배터리부와 다이오드부를 상호 절연시키기 위한 절연벽을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리부와 대전류가 소통되는 충방전 경로 간의 절연구조를 마련함으로써, 배터리부의 손상이 방지되는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 배터리 셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 배터리 셀들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 배터리 팩의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 배터리 셀의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 배터리 팩이 선호되며, 배터리 팩은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 배터리부와, 대전류가 소통되는 충방전 경로 간의 절연구조를 마련함으로써, 배터리부의 손상이 방지되는 배터리 팩을 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
배터리부;
상기 배터리부의 충방전 경로 상에 배치되는 것으로, 충방전의 전력 흐름을 제어하기 위한 다이오드부; 및
상기 배터리부와 다이오드부 사이에 개재되며, 상기 배터리부와 다이오드부를 상호 절연시키기 위한 절연벽;을 포함한다.
예를 들어, 상기 절연벽은, 상기 다이오드부 보다는 상기 배터리부에 상대적으로 가깝게 배치된다.
예를 들어, 상기 절연벽은, 상기 배터리부에 접촉하도록 배치된다.
예를 들어, 상기 절연벽은 상기 배터리부를 둘러싸도록 형성된다.
예를 들어, 상기 절연벽은 상기 다이오드부와 마주하는 배터리부의 일 단부와, 배터리부의 양편 측면을 둘러싸도록 형성된다.
예를 들어, 상기 절연벽 중에서 상기 배터리부의 양편 측면을 둘러싸는 연장부에는 방열 공이 형성된다.
예를 들어, 상기 절연벽은 상기 배터리부의 타 단부에서 엔드 플레이트와 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연벽과 엔드 플레이트는 상호 체결을 이루어, 상기 배터리부의 외주 둘레를 둘러싼다.
예를 들어, 상기 절연벽과 엔드 플레이트는, 장방형으로 형성된 배터리부의 4 측면을 둘러싼다.
예를 들어, 상기 엔드 플레이트는,
상기 배터리부의 타단부와 마주하게 배치되는 베이스 플레이트와,
상기 베이스 플레이트의 가장자리에서, 배터리부와 반대되는 방향으로 절곡되는 플랜지부를 포함한다.
예를 들어, 상기 플랜지부와 상기 절연벽은 서로 겹쳐지게 배치되고, 체결부재에 의해 상호 결합된다.
예를 들어, 상기 배터리부와 다이오드부는 서로 이격 갭을 사이에 두고 떨어져 배치된다.
예를 들어, 상기 배터리부와 다이오드부는 하나의 베이스 프레임 상에 조립된다.
예를 들어, 상기 다이오드부는,
상기 배터리부의 충전 경로 상에 형성된 적어도 하나의 충전 다이오드; 및
상기 배터리부의 방전 경로 상에 형성된 적어도 하나의 방전 다이오드;를 포함한다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리부의 충방전 동작을 제어하기 위한 BMS를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 BMS는 배터리부의 일 편에 배치되고,
상기 다이오드부는, 상기 BMS에 반대되는 배터리부의 타 편에 배치된다.
예를 들어, 상기 BMS는 상기 배터리부의 단부에 배치되는 엔드 플레이트 상에 장착된다.
예를 들어, 상기 절연벽은 아연도금강판으로 형성된다.
본 발명에 의하면, 충방전이 이루어지는 배터리부와, 대전류가 소통되는 충방전 경로 간에 전기적인 절연을 확보하기 위한 절연구조를 마련함으로써, 충방전 경로와의 단락에 따른 배터리부의 손상 및 오동작을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 절연 구조가 배터리부를 형성하는 다수의 배터리 셀들을 구조적으로 결속하고, 충방전 동작에 따른 배터리 셀의 스웰링을 억제하는 기능을 추가적으로 수행함으로써, 전체 배터리부를 구조적으로 모듈화시키고, 배터리 셀의 부피 팽창에 따른 배터리부의 전기적인 특성 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리부를 확대 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 다이오드부를 확대 도시한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 배터리 팩의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 평면도이다. 그리고, 도 3 및 도 4는, 각각 도 1에 도시된 배터리부와 다이오드부를 확대 도시한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 배터리부(110)와, 상기 배터리부(110)의 충방전 경로 상에 배치되는 다이오드부(120)와, 상기 배터리부(110)의 충방전 상태를 모니터링하고 충방전 동작을 제어하기 위한 BMS(130, Battery Management System, 배터리관리시스템)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리부(110)는 직병렬로 연결되는 다수의 배터리 셀(119)들을 포함할 수 있으며, 직병렬 연결을 조합하여 정격 충전전압 및 충전용량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리부(110)는, 다수의 배터리 셀(119)들이 직병렬로 연결되어 12.6V의 전압으로 설정될 수 있다. 상기 배터리부(110)는 각각 4.2V 전압을 갖는 배터리 셀(119) 3개를 직렬로 연결한 구성을 가질 수 있고, 이에 따라, 12.6V의 전압으로 셋팅될 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃한 2개씩의 배터리 셀(119)의 쌍을 서로 병렬 연결하고, 병렬 연결된 배터리 셀(119)의 쌍 3개를 직렬 연결함으로써, 12.6V의 전압으로 셋팅될 수 있다.
상기 배터리 셀(119)로는 리튬 이온 전지와 같은 이차전지가 적용될 수 있으며, 예시된 바와 같이, 대략 장방형의 각형 이차전지가 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 원통형 이차전지와 같이 다양한 형태의 이차전지가 적용될 수 있고, 어느 하나의 형태에 한정될 필요는 없다.
예를 들어, 각 배터리 셀(119)은, 케이스(113)와, 상기 케이스(113) 내부에 수용된 전극 조립체(미도시)와, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 케이스(113) 외부로 인출되는 전극 단자(111,112)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 단자(111,112)는 배터리 셀(119)의 상부를 형성할 수 있으며, 케이스(113) 상으로 노출될 수 있다.
상기 전극 단자(111,112)는 배터리 셀(119)의 좌우 편에 각각 형성되며, 서로 반대 극성을 갖는 제1, 제2 전극 단자(111,112)를 포함할 수 있다. 서로 이웃하는 배터리 셀(119)들은 배치상태에 따라 서로 같은 편에 배치되거나 또는 서로 반대 편에 배치될 수 있다. 예를 들어, 서로 병렬로 접속되는 이웃하는 배터리 셀(119)들은 서로 같은 배향으로 배치될 수 있으며, 이에 따라, 이들 이웃하는 배터리 셀(119)들의 제1, 제2 전극 단자(111,112)는, 서로 같은 좌측 편 또는 우측 편에 배치될 수 있다. 한편, 서로 직렬로 접속되는 이웃하는 배터리 셀(119)들은 서로 좌우가 반전되는 배향으로 배치될 수 있으며, 이에 따라, 이들 이웃하는 배터리 셀(119)들의 제1, 제2 전극 단자(111,112)는 서로 반대되는 좌측 편 또는 우측 편에 배치될 수 있다. 이로써, 배터리 셀(119)들의 배열방향을 따라 일 방향으로 연장되는 버스 바(115)를 통하여, 서로 이웃하는 배터리 셀(119)들이 서로 병렬로 접속되거나 또는 직렬로 접속될 수 있다.
상기 배터리부(110)는, 상기 배터리 셀(119)들을 직병렬로 접속하는 버스 바(115)를 포함한다. 상기 버스 바(115)는 다수의 배터리 셀(119)들을 가로질러 연장되며, 배터리 셀(119)의 제1, 제2 전극 단자(111,112)를 연결한다. 예를 들어, 배터리 셀(119)의 배열방향을 따라 서로 이웃한 배터리 셀(119)들은 전극 단자(111,112)의 결속을 통하여 서로 전기적으로 연결되며, 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있는데, 버스 바(115)를 통하여 이웃한 전극 단자(111,112)들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 배열방향을 따라 이웃한 배터리 셀(119)의 쌍은 서로 병렬로 연결될 수 있고, 서로 다른 배터리 셀(119)의 쌍들이 서로 직렬 연결됨으로써, 배터리부(110)의 전압이 요구되는 수준으로 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리부(110)는, 각각 4.2V의 전압을 갖는 배터리 셀(119)을 이용하고, 병렬 연결된 배터리 셀(119)의 쌍 3개를 직렬로 연결함으로써, 12.6V의 전압으로 맞춰질 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 배터리부(110)의 충방전 경로 상에 배치되어 충방전의 전력 흐름을 제어하기 위한 다이오드부(120)를 포함한다. 예를 들어, 상기 다이오드부(120)는, 충전 경로 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 충전 다이오드(121)와, 방전 경로 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 방전 다이오드(122)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 다이오드부(120)는, 적어도 하나 이상의 충전 다이오드(121)만을 포함하거나, 적어도 하나 이상의 방전 다이오드(122)만을 포함할 수도 있다.
상기 충전 다이오드(121)는 적어도 하나 이상 다수로 마련될 수 있으며, 이들 충전 다이오드(121)들은 서로에 대해 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있으며, 직렬 연결/병렬 연결이 혼합된 방식으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상기 충전 다이오드(121)는 외부전원(미도시)과 배터리부(110) 사이에 개재되어 전력변환 기능을 할 수 있으며, 외부전원(미도시)의 전압레벨과 배터리부(110)에서 요구되는 전압레벨 간의 차이에 해당되는 전압 강하를 유도하도록 다수의 충전 다이오드(121)들이 서로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 방전 다이오드(122)는 적어도 하나 이상 다수로 마련될 수 있으며, 이들 방전 다이오드(122)들은 서로에 대해 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있으며, 직렬 연결/병렬 연결이 혼합된 방식으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상기 방전 다이오드(122)는 외부부하(미도시)와 배터리부(110) 사이에 개재될 수 있으며, 방전 다이오드(122)를 통한 전압 강하를 줄이기 위해, 다수의 방전 다이오드(122)들이 서로 병렬 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 방전 다이오드(122)는 외부부하(미도시)와 배터리부(110) 사이에 개재되어 전력변환 기능을 할 수 있으며, 외부부하에서 요구되는 전압레벨과 배터리부(110)의 전압레벨 간의 차이에 해당되는 전압 강하를 유도하도록 다수의 방전 다이오드(122)들이 서로 직렬 연결될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 다이오드부(120)는, 충전 다이오드(121) 및/또는 방전 다이오드(122)를 지지하기 위한 지지판(125)을 포함할 수 있으며, 다수의 지지판(125)들을 포함할 수 있다. 상기 지지판(125)의 하방에는 플랜지부(125a)가 형성되고, 이 플랜지부(125a)를 통하여 베이스 프레임(100)에 결합될 수 있다. 상기 지지판(125)은 충전 다이오드(121) 및/또는 방전 다이오드(122)가 탑재되는 회로기판이나 금속 플레이트 등을 포함할 수 있으며, 상기 지지판(125)은 충방전 경로를 제공하는 배선으로 기능하거나 또는 충방전 경로를 제공하는 배선(미도시)을 지지할 수 있다.
예를 들어, 상기 다이오드부(120)는 배터리부(110)와 이웃하게 배치될 수 있는데, BMS(130)가 배치된 배터리부(110)의 반대편에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배터리부(110)의 일 편에는 BMS(130)가 배치되고, 배터리부(110)의 반대편에는 다이오드부(120)가 배치될 수 있다.
상기 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에는 절연벽(116)이 개재될 수 있다. 상기 절연벽(116)은, 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에 개재되어 배터리부(110)와 다이오드부(120)를 상호 절연시킬 수 있다. 이렇게 배터리부(110)와 다이오드부(120) 간에 절연벽(116)을 형성함으로써, 대전류의 충방전 전력이 소통되는 충방전 경로와 배터리부(110)를 상호 절연시킬 수 있다. 즉, 상기 다이오드부(120)는 대전류의 충방전 전력이 소통되는 충방전 경로를 형성하므로, 대전류가 소통되는 다이오드부(110)와 배터리부(120)를 절연벽(116)을 통하여 상호 절연시킴으로써, 대전류의 충방전 경로와 배터리부(120) 간의 단락에 따른 배터리부(120)의 손상을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연벽(116)은 아연도금강판, 보다 구체적으로, EGI(Electrolyte Galvanized Iron, 전기도금아연강판)으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 절연벽(116)의 소재로서는, 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에 개재되어 이들을 상호 절연시키기에 충분한 전기 절연 특성을 갖춘 다양한 소재가 사용될 수 있다.
상기 절연벽(116)은 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에 개재되는데, 배터리부(110)에 대해 상대적으로 가깝게 배치될 수 있으며, 배터리부(110) 측으로 치우친 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연벽(116)은 배터리부(110)의 다이오드(120)와 마주하는 부분에 접촉되도록 형성될 수 있다. 상기 절연벽(116)은 배터리부(110)에 대해 밀착됨으로써, 대전류의 충방전 경로로부터 배터리부(110)를 충실하게 보호할 수 있다.
상기 절연벽(116)은 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에서 전기적인 절연을 확보할 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연벽(116)은 상기 배터리부(110)를 둘러싸는 형태로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연벽(116)은, 다이오드부(120)와 마주하는 배터리부(110)의 단부 측과, 배터리부(110)의 양편 측면을 둘러싸도록 연장 형성될 수 있다. 이렇게 상기 절연벽(116)이 배터리부(110)를 둘러싸도록 형성됨으로써, 배터리부(110)의 절연성을 강화할 수 있으며, 배터리부(110)를 형성하는 다수의 배터리 셀(119)들을 구조적으로 결속시키는 기능을 겸할 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 상기 절연벽(116)은 다이오드부(120)와 마주하는 배터리부(110)의 일 단부와, 배터리부(110)의 양편 측면을 둘러싸도록 연장 형성되며, 상기 배터리부(110)의 타 단부 측에는 엔드 플레이트(118)가 배치되며, 상기 엔드 플레이트(118)는 절연벽(116)의 양단에 체결될 수 있다. 따라서, 상호 체결을 이루는 절연벽(116)과 엔드 플레이트(118)에 의해, 배터리부(110)의 배열방향을 따르는 외주 둘레가 구속될 수 있으며, 이에 따라, 일 열의 배터리 셀(119)들이 구조적으로 결속될 수 있고, 상호 체결된 절연벽(116)과 엔드 플레이트(118)의 구속에 따라 충방전 동작에 따른 배터리 셀(119)의 부피 팽창, 즉 스웰링(swelling)이 억제되고 저항 특성을 낮게 유지함으로써, 배터리부(110)의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 상호 체결되는 절연벽(116)과 엔드 플레이트(118)는, 대략 장방형으로 형성된 배터리부(110)의 외주 둘레, 그러니까, 배터리부(110)의 4 측면을 둘러싸서 구속할 수 있다.
상기 절연벽(116)은 대체로 판 상의 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며, 배터리부(110)를 둘러싸도록 형성되는 실시형태에서, 배터리부(110)의 양편 측면에 대응되는 연장부(116a)에는 다수의 방열 공(116``)이 형성될 수 있다. 상기 방열 공(116``)은 배터리부(110)의 배열방향을 따라 소정의 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다. 상기 방열 공(116``)은 배터리 셀(119)들과 저온의 외기 간의 접촉을 허용함으로써, 배터리 셀(119)로부터 생성된 구동 열을 신속하게 배출시키는데 기여할 수 있다.
상기 절연벽(116)은, 일 측이 하방으로 돌출되어 베이스 프레임(100)과 결합을 이루는 계합부(116b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 계합부(116b)는 베이스 프레임(100)의 계지부(100a, 도 1 참조)가 끼워 고정되는 관통 홀로 형성될 수 있다.
한편, 도 3에 예시된 일 실시형태에서는 배터리부(110)와 다이오드부(120) 간의 절연을 위한 절연벽(116)이 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이뿐만 아니라, 배터리부(110)의 양편 측면으로까지 연장됨으로써, 배터리부(110)를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있으며, 이때, 상기 절연벽(116)은 배터리부(110)의 절연 기능을 담당하면서, 추가로, 다수의 배터리 셀(119)들을 구조적으로 결속하며 배터리 셀(119)의 부피 팽창을 억제하는 기능을 겸할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 배터리부(110)의 결속을 담당하도록 배터리부(110)를 둘러싸는 구속 부재(미도시)가 배치되고, 상기 구속 부재와 별도로, 상기 배터리부(110)와 다이오드부(120) 사이에 선택적으로 절연벽(116)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리부(110)를 둘러싸는 구속 부재 상에 절연벽(116)이 덧대어지는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 배터리부(110)를 둘러싸는 구속 부재 중에서 다이오드부(120)와 마주하는 부분에 절연벽(116)이 덧대어질 수 있다. 이때, 구속 부재는 도전성의 금속소재로 형성될 수 있으며, 상기 절연벽(116)은 아연도금강판과 같은 절연소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태로서, 상기 절연벽(116)은 배터리부(110)를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 절연벽(116) 중에서 적어도 다이오드부(120)와 마주하는 부분은, 전기적으로 절연 특성을 갖도록 절연 처리가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 처리에서는, 금속 계열의 원소재 상에 표면처리를 통하여 선택적으로 일부만을 절연화시킬 수 있다.
상기 절연벽(116)의 단부에는 엔드 플레이트(118)가 결합됨으로써, 절연벽(116)과 엔드 플레이트(118)가 함께, 다수의 배터리 셀(119)들을 결속시키게 된다. 상기 엔드 플레이트(118)의 일면은 배터리부(110)의 단부 측을 형성하는 배터리 셀(119)의 외면과 마주하게 배치될 수 있다. 상기 엔드 플레이트(118)는, 베이스 플레이트(118a)와 상기 베이스 플레이트(118a)의 가장자리로부터 배터리 셀(119)과 반대되는 방향으로 절곡되는 플랜지부(118b)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 플레이트(118a)는 배터리 셀(119)의 외면을 커버할 수 있을 정도의 충분한 면적으로 형성될 수 있다.
상기 플랜지부(118b)는 베이스 플레이트(118a)의 가장자리로부터 배터리 셀(119)의 반대방향으로 절곡될 수 있다. 상기 플랜지부(118b)는 베이스 플레이트(118a)의 양 측면에 형성될 수 있다. 상기 플랜지부(118b)는 엔드 플레이트(118)와 절연벽(116) 간의 결합을 위한 결합위치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연벽(116)은 배터리부(110)를 애워싸도록 배터리부(110)의 배열방향을 따라 연장되며, 그 일단부와 타단부가 각각 엔드 플레이트(118)의 반대 측면에 형성된 플랜지부(118b)와 맞닿게 배치될 수 있다. 이때, 서로 겹쳐지게 배치된 절연벽(116)과 엔드 플레이트(118)의 플랜지부(118b)에 형성된 결합 공(116`,118`)을 상호 일치시킨 후, 볼트-너트 등의 체결부재(117)를 이용하여 양자를 나사 결합시킬 수 있다.
상기 배터리 팩은 배터리부(110)의 충방전 상태를 모니터링하고, 충방전 동작을 제어하기 위한 BMS(130, Battery Management System, 배터리관리시스템)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS(130)는 상기 엔드 플레이트(118)에 장착될 수 있으며, 엔드 플레이트(118)의 배터리부(110)와 반대되는 측에 장착될 수 있다.
상기 BMS(130)는 배터리부(110)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리부(110)의 전반적인 충방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS(130)는 다수의 배터리 셀(119)들로부터 상태 정보를 취합할 수 있으며, 취합된 상태 정보에 따라 각 배터리 셀(119)의 과열, 과충전과 같은 오동작 여부를 확인하거나, 또는 만충전과 같은 충방전 정도를 파악할 수 있다. 그리고 취합된 상태 정보를 이용하여 충방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS(130)는 배터리 셀(119)의 상태 정보로서 배터리 셀(119)의 온도나 전압 등을 측정할 수 있다. 상기 BMS(130)는, 회로기판(131)과, 상기 회로기판(131)상에 탑재된 다수의 전기 소자(135)들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 배터리부(110), BMS(130), 그리고, 다이오드부(120) 간의 배치에 관하여, 상기 배터리부(110)를 중심으로, 배터리부(110)의 일 편으로는 BMS(130)가 배치되고, 배터리부(110)의 타 편으로는 다이오드부(120)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS(130)는 배터리부(110)에 장착된 상태로 베이스 프레임(100)에 조립되고, 상기 배터리부(110)와 이격된 위치에 다이오드부(120)가 조립될 수 있는데, 이때, 상기 다이오드부(120)는 배터리부(110)의 BMS(130)와 반대되는 타 편에 조립될 수 있다.
상기 다이오드부(120)와 배터리부(110)는 이들이 함께 하나의 베이스 프레임(100) 상에 조립될 수 있다. 상기 베이스 프레임(100)은 구조적으로 개별화된 다이오드부(120)와 배터리부(110)를 구조적으로 결속하여 모듈화시킬 수 있다. 또한, 상기 베이스 프레임(100)은 배터리부(110)의 충방전 동작에 수반되는 열을 소산시키는 방열판의 기능을 수행할 수 있다.
상기 배터리부(110)와 다이오드부(120)는 베이스 프레임(100) 상에 조립될 수 있으며, 조립위치에 관하여, 상기 배터리부(110)와 다이오드부(120)는 서로 이격 갭(g)을 사이에 두고 조립될 수 있다. 예를 들어, 배터리부(110)로부터의 구동 열이 직접 다이오드부(120)로 전달되지 않도록 이들 배터리부(110)와 다이오드부(120)는 이격 갭(g)을 사이에 두고 서로 떨어져 배치될 수 있다. 또한, 대전류의 충방전 전류가 직접 입출력되는 다이오드부(120)를 배터리부(110)로부터 이격되게 배치함으로써, 충방전 경로와 배터리부(110) 간의 단락에 의한 배터리부(110)의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 대전류의 충전전력이 소통되는 충전 경로와 배터리부(110)가 단락될 경우, 배터리부(110)의 손상이 우려되므로, 충전 경로를 형성하는 다이오드부(120)와 배터리부(110)를 서로 이격되게 배치할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 외부전원(미도시)으로부터 충전전력을 공급받거나, 또는 외부부하(미도시)에 대해 방전전력을 제공할 때, 외부전원 및 외부부하와 전기적인 접속을 형성하는 접속 단자(101,102)를 포함할 수 있다. 상기 접속 단자(101,102)는 서로 반대 극성을 갖는 제1, 제2 접속 단자(101,102)를 포함할 수 있다.
상기 접속 단자(101,102)와 연결된 외부전원으로부터 공급되는 충전전력은, 다이오드부(120)를 통하여 배터리부(110)로 입력될 수 있고, 배터리부(110)의 버스 바(115)를 통하여 직병렬로 연결된 각 배터리 셀(119)로 입력될 수 있다. 이때, 상기 다이오드부(120)는 충전 경로 상에 배치되어 전력 흐름을 제어하기 위한 충전 다이오드(121)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 충전 다이오드(121)는 충전전력을 순 방향으로 하고, 방전전력을 역 방향으로 하는 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 충전 다이오드(121)는 전력 흐름을 제어하는 것 이외에, 외부전원으로부터 공급되는 제1 전압의 충전전력을 배터리부(110)에서 요구되는 제2 전압으로 변환하는 전력 변환의 역할을 할 수도 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 충전 경로 상에는 전력 변환을 위한 DC-DC 컨버터가 배치될 수도 있다.
상기 배터리부(110)에 저장된 방전전력은 다이오드부(120)를 통하여 접속 단자(101,102)와 연결된 외부부하로 출력될 수 있다. 이때, 상기 다이오드부(120)는 방전 경로 상에 배치되어 전력 흐름을 제어하기 위한 방전 다이오드(122)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방전 다이오드(122)는 방전전력을 순 방향으로 하고, 충전전력을 역 방향으로 하는 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 방전 다이오드(122)는 전력 흐름을 제어하는 것 이외에, 배터리부(110)에서 출력되는 제3 전압의 방전전력을 외부부하에서 요구되는 제4 전압으로 변환하는 전력 변환의 역할을 할 수도 있다.
상기 접속 단자(101,102)와 이웃한 위치에는 안전소자(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 안전소자는, 과열, 과전류 등의 오동작시에 충, 방전전류를 제한하거나 충, 방전전류를 차단하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 안전소자는, PTC(Positive Temperature Coefficient), 퓨즈, 전류차단소자 등을 포함할 수 있다.
한편, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 배터리 팩은, 배터리 팩의 외관을 형성하는 배터리 하우징을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 배터리 하우징은, 배터리부(110)와 다이오드부(120)가 장착된 베이스 프레임(100)의 상방으로부터 배터리부(110)와 다이오드부(120)를 함께 수용하도록 베이스 프레임(100)에 조립될 수 있다. 상기 배터리 하우징은 외부 환경으로부터 배터리 팩의 내부 구성을 절연시키는 기능을 할 수 있다. 이때, 상기 접속 단자(101,102)는 배터리 하우징의 외부로 노출되도록 형성되어, 외부전원 또는 외부부하와의 전기적인 접속을 허용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리부(110)는 버스 바(115)를 통하여 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀(119)들을 포함할 수 있으며, 직렬 및 병렬이 혼용된 접속구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리부(110)는 서로 이웃한 배터리 셀(119)의 쌍이 병렬 연결되고, 병렬 연결된 배터리 셀(119)의 쌍 3개는 서로에 대해 직렬 연결된 구성을 가질 수 있다.
상기 버스 바(115)는 배터리 셀(119)들의 직렬 및 병렬 접속을 위한 것으로, 배터리 셀(119)의 배열방향을 따라 배터리 셀(119)들의 상방을 가로질러 연장되면서 배터리 셀(119)의 제1, 제2 전극 단자(111,112)를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 바(115)는 체결 홀(115`)을 통하여 제1, 제2 전극 단자(111,112)에 끼워 조립되며, 제1, 제2 전극 단자(111,112)의 상단에 체결되는 체결부재를 통하여 제1, 제2 전극 단자(111,112) 상에 고정될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 베이스 프레임 101 : 제1 접속 단자
102 : 제2 접속 단자 100a : 베이스 프레임의 계지부
110 : 배터리부 111 : 제1 전극 단자
112 : 제2 전극 단자 113 : 배터리 셀의 케이스
115 : 버스 바 116 : 절연벽
116a : 절연벽의 연장부 116b : 계합부
116`,118`: 결합 공 118 : 엔드 플레이트
118a : 베이스 플레이트 118b : 엔드 플레이트의 플랜지부
119 : 배터리 셀 120 : 다이오드부
121 : 충전 다이오드 122 : 방전 다이오드
125 : 지지판 125a : 지지판의 플랜지부
130 : BMS 131 : 회로기판
135 : 전기 소자
g : 배터리부와 다이오드 부 간의 이격 갭

Claims (18)

  1. 배터리부;
    상기 배터리부의 충방전 경로 상에 배치되는 것으로, 충방전의 전력 흐름을 제어하기 위한 다이오드부; 및
    상기 배터리부와 다이오드부 사이에 개재되며, 상기 배터리부와 다이오드부를 상호 절연시키기 위한 절연벽;을 포함하고,
    상기 배터리부는 각각 전극 조립체와 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하며, 버스 바를 통하여 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 배터리부의 충방전 상태를 모니터링하고, 충방전 동작을 제어하기 위한 것으로, 회로기판과 상기 회로기판상에 탑재된 전기 소자를 포함하는 BMS를 포함하며,
    상기 BMS와 다이오드부는 배터리부를 중심으로 서로 반대되는 일 편과 타 편에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연벽은, 상기 다이오드부 보다는 상기 배터리부에 상대적으로 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연벽은, 상기 배터리부에 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연벽은 상기 배터리부를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연벽은 상기 다이오드부와 마주하는 배터리부의 일 단부와, 배터리부의 양편 측면을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연벽 중에서 상기 배터리부의 양편 측면을 둘러싸는 연장부에는 방열 공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연벽은 상기 배터리부의 타 단부에서 엔드 플레이트와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연벽과 엔드 플레이트는 상호 체결을 이루어, 상기 배터리부의 외주 둘레를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트는,
    상기 배터리부의 타단부와 마주하게 배치되는 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트의 가장자리에서, 배터리부와 반대되는 방향으로 절곡되는 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플랜지부와 상기 절연벽은 서로 겹쳐지게 배치되고, 체결부재에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리부와 다이오드부는 서로 이격 갭을 사이에 두고 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배터리부와 다이오드부는 하나의 베이스 프레임 상에 조립되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드부는,
    상기 배터리부의 충전 경로 상에 형성된 적어도 하나의 충전 다이오드; 및
    상기 배터리부의 방전 경로 상에 형성된 적어도 하나의 방전 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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