KR101948180B1 - 배터리 팩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 조립성 및 공정성이 향상되고, 내구성이 개선되며, 카트리지의 적층 구성이 안정적으로 유지될 수 있는 배터리팩을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비하고 상하 방향으로 배열된 다수의 이차 전지; 상기 이차 전지를 내부 공간에 수용하고, 체결홀이 형성되며, 상하 방향으로 상호 적층된 다수의 카트리지; 판상의 금속 재질로 구성되고, 이차 전지와 카트리지의 적층체 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트; 상기 하부 엔드 플레이트에 고정된 제1 체결 부재; 및 상기 하부 엔드 플레이트에 수직하게 세워지도록 길게 연장된 형태로 형성되고, 하단부가 상기 제1 체결 부재에 결합되며, 상기 카트리지의 체결홀을 관통하는 제2 체결 부재를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 그 제조 방법{Battery pack and method for manufacturing the same}
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립성이 향상되고 이차 전지와 카트리지의 고정력이 안정적으로 확보될 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차, 그리고 이러한 배터리 팩을 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
종래 다수의 파우치형 이차 전지와 카트리지를 적층시켜 셀 어셈블리를 마련하고, 이를 팩 케이스에 수납하여 배터리 팩을 구성할 때, 셀 어셈블리의 적층 방향 양단 최외측에는 엔드 플레이트가 구비되는 경우가 있다. 이러한 엔드 플레이트는, 주로 금속 재질로 구성되어, 이차 전지와 카트리지를 보호 및 고정하고 면압을 유지하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 엔드 플레이트는 볼트와 같은 체결 부재를 통해 셀 어셈블리와 결합될 수 있다. 즉, 볼트가 엔드 플레이트와 셀 어셈블리를 함께 관통한 상태로, 양단이 고정됨으로써 엔드 플레이트와 셀 어셈블리의 결합 상태가 유지될 수 있다. 특히, 볼트는 일단이 엔드 플레이트에 고정된 상태에서 카트리지의 홀에 삽입되는 경우가 많다.
그런데, 여기서, 엔드 플레이트와 볼트가 이루는 각도는 배터리 팩의 조립성과 품질에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 카트리지의 홀에 볼트가 쉽게 삽입되고 엔드 플레이트와 카트리지의 조립 및 카트리지 간 조립이 정확하게 이루어지기 위해서는, 엔드 플레이트와 볼트가 이루는 각도가 직각을 유지하는 것이 좋다. 만일 볼트의 각도가 엔드 플레이트와 직각을 이루지 못하면, 볼트가 카트리지의 홀에 삽입되는 공정이 쉽게 이루어지지 못할 수 있다.
특히, 홀이 형성된 카트리지가 상하 방향으로 다수 적층될 때, 카트리지의 홀은 카트리지의 안착면에 수직인 방향으로 서로 연결되게 구성될 수 있다. 따라서, 볼트가 엔드 플레이트에 직각을 이루지 못하면, 카트리지의 홀에 볼트가 삽입되도록 하면서 카트리지를 적층시킬 때, 카트리지의 적층이 정확한 위치에 이루어지지 못할 수 있다. 또한, 카트리지를 정확한 위치에 적층시키기 위해서는 카트리지를 적층시키는 중에 엔드 플레이트에 대한 볼트의 각도를 변경시킬 필요가 있는데, 이 과정에서 볼트나 엔드 플레이트가 파손되거나 변형됨으로써, 볼트에 의한 카트리지의 고정이 제대로 이루어지지 못할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 조립성 및 공정성이 향상되고, 내구성이 개선되며, 카트리지의 적층 구성이 안정적으로 유지될 수 있는 배터리 팩 및 그 제조 방법, 그리고 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비하고 상하 방향으로 배열된 다수의 이차 전지; 상기 이차 전지를 내부 공간에 수용하고, 체결홀이 형성되며, 상하 방향으로 상호 적층된 다수의 카트리지; 판상의 금속 재질로 구성되고, 이차 전지와 카트리지의 적층체 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트; 상기 하부 엔드 플레이트에 고정된 제1 체결 부재; 및 상기 하부 엔드 플레이트에 수직하게 세워지도록 길게 연장된 형태로 형성되고, 하단부가 상기 제1 체결 부재에 결합되며, 상기 카트리지의 체결홀을 관통하는 제2 체결 부재를 포함한다.
여기서, 상기 제1 체결 부재는 너트이고, 상기 제2 체결 부재는 볼트일 수 있다.
또한, 상기 제2 체결 부재는, 양단에 나사산이 형성되고, 하단에 형성된 나사산이 상기 제1 체결 부재의 나사산에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 체결 부재는, 상기 하부 엔드 플레이트에 용접 고정될 수 있다.
또한, 상기 하부 엔드 플레이트는, 관통홀이 형성되고, 상기 제1 체결 부재는, 상기 하부 엔드 플레이트의 관통홀에 삽입된 삽입부 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 위치하여 상기 하부 엔드 플레이트의 하면에 용접되는 용접부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제2 체결 부재는, 원기둥 형상으로 형성되고, 적어도 일부분에 외주면을 따라 다각형 형태의 돌출부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 이차 전지 및 상기 카트리지를 내부 공간에 수용하는 팩 케이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 내부에 빈 공간을 구비하고 상부가 개방된 형태로 구성된 하부 케이스 및 상기 하부 케이스의 상부 개방단에 결합되어 상부 개방단을 밀폐시키는 상부 케이스를 구비할 수 있다.
또한, 상기 하부 엔드 플레이트 및 상기 제1 체결 부재는 상기 하부 케이스의 내부에 매립된 형태로 구성되고, 상기 제2 체결 부재는 상기 하부 케이스의 내부 공간으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 체결 부재는, 상기 상부 케이스의 상부로 돌출되어, 상단부가 제3 체결 부재에 의해 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 판상의 금속 재질로 구성되며, 상기 이차 전지와 카트리지의 적층체 상부에 구비되어 상기 이차 전지와 카트리지의 상부를 커버하는 상부 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 체결 부재는, 상기 상부 엔드 플레이트를 관통할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 판상으로 구성되고, 상기 이차 전지와 카트리지의 적층체 상부에 구비되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착된 전장 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 체결 부재는, 상기 전장 플레이트를 관통하도록 구성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 판상의 금속 재질로 구성된 하부 엔드 플레이트에 제1 체결 부재를 고정시키는 단계; 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된 제2 체결 부재가 상기 하부 엔드 플레이트에 수직하게 세워지도록, 상기 제2 체결 부재를 상기 제1 체결 부재에 결합시키는 단계; 및 이차 전지를 수용하면서 체결홀에 상기 제2 체결 부재가 관통되도록 상기 카트리지를 적층시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 체결 부재 고정 단계는, 상기 하부 엔드 플레이트에 상기 제1 체결 부재를 용접하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 상기 제2 체결 부재 결합 단계와 상기 카트리지 적층 단계 사이에, 내부 공간이 형성되고 상부가 개방된 형태로 구성된 하부 케이스의 내부에, 상기 하부 엔드 플레이트 및 상기 제1 체결 부재를 매립시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 상기 카트리지 적층 단계 이후에, 제2 체결 부재가 관통된 상태로 상부 케이스를 하부 케이스의 상부 개방단에 결합시키는 단계; 및 상기 상부 케이스의 상부로 돌출된 상기 제2 체결 부재의 상단에 제3 체결 부재를 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 볼트와 같은 체결 부재가 엔드 플레이트에 대하여 안정적으로 직각을 이룰 수가 있어, 배터리 모듈의 조립성 및 공정성이 개선될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 볼트에 카트리지를 끼우는 공정이 용이하게 이루어질 수 있고, 볼트에 끼우는 것으로 카트리지의 적층이 정확한 위치에 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 볼트 자체를 용접하지 않으므로, 볼트의 변형이나 용접 과정에서 직각도가 틀어지는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 볼트의 각도가 정확하게 직각을 이루기 용이하므로, 볼트에 카트리지를 끼울 때, 카트리지를 정확하게 적층하기 위해 볼트의 각도를 무리하게 변경시킬 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 볼트나 엔드 플레이트가 파손될 염려가 없으므로, 볼트에 의한 카트리지의 상호 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩의 사용 중에 배터리 팩에 충격이나 진동이 가해지는 경우에도, 카트리지나 이차 전지와 같은 배터리 팩 내부의 구성요소가 움직이지 않으므로, 움직임에 따른 구성요소의 파손 문제가 일어나지 않을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하부 엔드 플레이트가 팩 케이스에 내장될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스의 강성이 보강될 수 있고, 하부 엔드 플레이트가 움직이지 않고 안정적으로 유지될 수 있어, 하부 엔드 플레이트와 결합된 카트리지와 카트리지 내부에 수납된 이차 전지의 고정력이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하부 엔드 플레이트를 팩 케이스 내부 공간에 고정시키기 위한 체결부품이 필요 없게 되므로, 공간 활용도가 향상되고 구조가 단순화되며, 제조 비용 및 제조 시간을 절감할 수 있다.
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 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 일부 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지와 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 엔드 플레이트, 제1 체결 부재 및 제2 체결 부재의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4의 상면도이다.
도 6은, 도 5의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 7은, 도 6의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 9는, 도 8의 결합 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 케이스와 하부 엔드 플레이트의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 일부 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이차 전지(100), 카트리지(200), 하부 엔드 플레이트(300), 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 1 및 도 2에는 명확하게 도시되어 있지 않지만, 카트리지(200)의 내부에는 이차 전지(100)가 포함될 수 있다.
상기 이차 전지(100)는, 충방전을 통해 전기적 에너지를 저장하거나 방출하는 구성요소로서, 특히 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이러한 이차 전지(100)는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는, 리튬 이차 전지일 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형, 및 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
또한, 파우치 외장재는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속 박막, 이를테면 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은, 전극 조립체 및 전해액과 같은 이차 전지(100) 내부의 구성요소나 이차 전지(100) 외부의 다른 구성 요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이, 즉 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재될 수 있다.
특히, 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치의 내부 공간에는 전극 조립체가 수납될 수 있다. 또한, 2개의 파우치의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
한편, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드는 2개의 파우치의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써, 이차 전지(100)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩에는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지가 채용될 수 있다.
상기 이차 전지(100)는, 배터리 팩에 다수 포함될 수 있다. 특히, 이러한 다수의 이차 전지(100)는, 넓은 면이 상부와 하부를 향하도록 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열될 수 있다.
상기 카트리지(200)는, 이차 전지(100)를 내부 공간에 수용하며, 특히 이차 전지(100)의 외주부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(200)와 이차 전지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 카트리지(200)는, 대략 사각 링 형태로 형성된 메인 프레임(210)을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(200)의 메인 프레임(210)은, 양 단부가 상호 연결된 4개의 단위 프레임으로 구성될 수 있다. 이러한 카트리지(200)는, 각 단위 프레임이 별도로 제조된 후 상호 조립되는 형태로 마련될 수도 있고, 처음부터 서로 일체화된 형태로 성형될 수도 있다. 그리고, 카트리지(200)는, 플라스틱 재질로 구성되며, 사출 성형 방식으로 제조될 수 있다.
한편, 파우치형 이차 전지(100)는 대략 사각형 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 카트리지(200)의 메인 프레임(210)이 사각 링 형태로 형성되는 경우, 중앙의 빈 공간에 이차 전지(100)가 위치하도록 함으로써 이차 전지(100)의 테두리부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 그러므로, 카트리지(200)는, 이차 전지(100)를 수납하며 이차 전지(100)의 외측을 보호할 수 있다.
또한, 상기 카트리지(200)는, 중앙 부분에 열전도성 재질의 냉각 플레이트(220)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(200)는, 메인 프레임(210)으로 한정된 사각 링의 중앙 부분에 알루미늄 재질의 냉각 플레이트(220)를 구비할 수 있다. 이때, 냉각 플레이트(220)는 상하 방향으로 소정 거리 이격된 2개의 플레이트, 즉 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 냉각 플레이트(220) 사이에는 유로(P)가 형성되어 공기와 같은 냉매가 이동할 수 있다. 이러한 카트리지(200) 구성에 있어서, 이차 전지(100)는 상부 플레이트의 상부 및 하부 플레이트의 하부에 각각 1개씩 수용될 수 있다. 이 경우, 1개의 카트리지(200)에는 2개의 이차 전지(100)가 수용된다고 할 수 있다. 그리고, 이차 전지(100)로부터 생성된 열은, 인접한 냉각 플레이트(220)로 전달되어 냉각 플레이트(220) 사이의 유로로 흐르는 냉매를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 카트리지(200)는, 상호 적층 가능하게 구성될 수 있다. 특히, 상기 카트리지(200)는, 배터리 팩에 다수 포함될 수 있는데, 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이때, 상기 카트리지(200)는, 상호 적층되는 표면, 이를테면 메인 프레임의 상부면과 하부면에 상호 대응되는 형태로 요철 구조가 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 형성된 요철 구조로 인해, 카트리지(200) 간 체결성 및 고정력이 향상될 수 있고, 요철 구조가 가이드 역할을 하여 조립이 보다 용이해질 수 있다.
이처럼, 상기 카트리지(200)는, 적층을 통해 형성된 내부 공간에 파우치형 이차 전지(100)를 수용하여, 이차 전지(100)의 외부 노출을 제한하여 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 이차 전지(100)를 보호하고, 파우치형 이차 전지(100)의 상호 배열을 가이드하는 한편, 적층된 조립체의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 상기 카트리지(200)는, 적어도 일측에 체결홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(200)는, 도 3에서 H2로 표시된 바와 같이, 4개의 단위 프레임 중 적어도 하나, 또는 2개의 단위 프레임이 만나는 모서리 부분에 상하 방향으로 관통되는 형태로 체결홀을 구비할 수 있다.
상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 판상, 즉 넓은 판 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 강성을 확보할 수 있도록 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 스틸 재질의 직사각형 플레이트로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체 하부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)가 상호 적층되어 형성된 적층체의 하부에 배치되어, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체에 결합될 수 있다.
따라서, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체를 하부 측에서 보호하고, 이러한 적층체의 고정력을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 체결 부재(400)는, 하부 엔드 플레이트(300)에 결합되어 고정될 수 있다. 특히, 상기 제1 체결 부재(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 너트 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 체결 부재(400)는, 외주면의 적어도 일부분이 다각형 형태로 구성되고, 내주면이 원형 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 체결 부재(400)의 내주면에는 나사산이 형성될 수 있다.
또한, 이러한 제1 체결 부재(400)에는 제2 체결 부재(500)가 결합될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 엔드 플레이트(300), 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 도 4의 상면도이고, 도 6은 도 5의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제2 체결 부재(500)는, 일 방향으로 길게 연장된 형태, 이를테면 막대 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 제2 체결 부재(500)는, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 길이 방향이 카트리지(200)가 적층된 방향에 평행하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제2 체결 부재(500)는, 상하 방향으로 세워지는 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 제2 체결 부재(500)는, 하부 엔드 플레이트(300)에 수직하게 세워지는 형태로 구성될 수 있다.
상기 제2 체결 부재(500)는, 하단부가 제1 체결 부재(400)에 결합될 수 있다. 여기서, 제1 체결 부재(400)는, 도 6에 도시된 바와 같이 하부 엔드 플레이트(300)에 고정되어 있다. 따라서, 제2 체결 부재(500) 역시, 하부 엔드 플레이트(300)에 결합 고정될 수 있다.
특히, 상기 제2 체결 부재(500)는, 볼트 형태, 더욱이 일 방향으로 길게 연장된 롱볼트 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 체결 부재(500)는, 너트 형태로 구성된 제1 체결 부재(400)의 내주면에 대응되는 형태, 이를테면 원형 형태로 형성되며, 하단부 외주면에 나사산이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 볼트 형태의 제2 체결 부재(500)는, 너트 형태의 제1 체결 부재(400)에 하단부가 삽입 결합될 수 있다.
또한, 상기 제2 체결 부재(500)는, 카트리지(200)의 체결홀을 관통할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 체결 부재(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 적층된 다수의 카트리지(200) 각각에 형성된 체결홀을 관통할 수 있다. 그리고, 이러한 제2 체결 부재(500)의 관통에 의해 카트리지(200)는 하부 엔드 플레이트(300)와 결합 고정될 수 있고, 카트리지(200) 상호 간도 서로 결합 고정될 수 있으며, 카트리지(200) 내부에 수용된 이차 전지(100)도 움직임이 제한될 수 있다.
또한, 상기 제2 체결 부재(500)는, 양단에 나사산이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 체결 부재(500)는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하단부 뿐 아니라 상단부에도 나사산이 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 체결 부재(500)는, 하단부에 형성된 나사산을 통해 제1 체결 부재(400)와 결합할 수 있고, 상단부에 형성된 나사산을 통해 제3 체결 부재와 결합될 수 있다. 이때, 제3 체결 부재는, 제1 체결 부재(400)와 같이, 너트 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하단부 및 상단부에 형성된 나사산에 제1 체결 부재(400) 및 제3 체결 부재가 결합되도록 함으로써, 그 사이에 위치하는 구성요소, 이를테면 카트리지(200) 및 하부 엔드 플레이트(300) 등이 고정되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 체결 부재(400)는, 하부 엔드 플레이트(300)에 용접 고정될 수 있다. 그리고, 이와 같이, 하부 엔드 플레이트(300)에 용접 고정된 제1 체결 부재(400)에 제2 체결 부재(500)가 결합됨으로써, 제2 체결 부재(500)가 하부 엔드 플레이트(300)에 고정되는 구성이 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 체결 부재(400)는, 너트 형태로 구성되어 외주면의 적어도 일부분이 하부 엔드 플레이트(300)에 용접될 수 있다. 그리고, 제1 체결 부재(400)의 내주면에는, 나사산을 통해 볼트 형태의 제2 체결 부재(500)가 회전 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)와 하부 엔드 플레이트(300)의 용접에 의해, 제1 체결 부재(400)와 하부 엔드 플레이트(300) 사이의 고정력이 안정적으로 확보될 수 있다. 더욱이, 배터리 팩의 사용 중에도 제1 체결 부재(400)가 하부 엔드 플레이트(300)로부터 분리될 가능성이 거의 없으므로, 제1 체결 부재(400)와 하부 엔드 플레이트(300), 그리고 제1 체결 부재(400)에 결합된 제2 체결 부재(500)의 상호 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 상기 구성에 의하면, 제2 체결 부재(500)는, 하부 엔드 플레이트(300)에 용접되지 않을 수 있다. 따라서, 제2 체결 부재(500)의 용접으로 인해 제2 체결 부재(500)가 변형되거나 손상되는 것을 방지하여, 제2 체결 부재(500)의 직각도가 틀어지는 문제를 방지할 수 있다. 더욱이, 일 방향으로 길게 형성된 제2 체결 부재(500)가 용접되지 않고 짧게 형성된 제1 체결 부재(400)가 용접되므로, 하부 엔드 플레이트(300)에 대하여 제2 체결 부재(500)를 직각으로 구성하는 것이 보다 용이할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 체결 부재(400)는, 적어도 일부가 하부 엔드 플레이트(300)의 관통홀에 삽입되고, 하부 엔드 플레이트(300)의 하면에 용접 고정될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7은, 도 6의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 7을 참조하면, 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, H3로 표시된 바와 같이, 일측에 상하 방향으로 관통된 형태의 관통홀이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 체결 부재(400)는, 삽입부(410) 및 용접부(420)를 구비할 수 있다. 여기서, 삽입부(410) 및 용접부(420)는, 서로 물리적으로 분리되거나 분리 가능한 형태로 구성될 수 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 서로 분리가 불가능한 일체화된 형태로 구성될 수도 있다.
먼저, 제1 체결 부재(400)의 삽입부(410)는, 하부 엔드 플레이트(300)의 관통홀(H3)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 체결 부재(400)의 삽입부(410)는, 관통홀의 크기와 동일하거나 그보다 작은 크기를 갖는 짧은 각기둥 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 삽입부(410)는, 하부 엔드 플레이트(300)의 관통홀(H3)을 관통하여, 상단이 하부 엔드 플레이트(300)의 상부로 돌출되게 구성될 수 있다.
다음으로, 제1 체결 부재(400)의 용접부(420)는, 하부 엔드 플레이트(300)의 하부에 위치하여, 하부 엔드 플레이트(300)의 하면에 용접될 수 있다. 특히, 상기 용접부(420)는, 삽입부(410)보다 큰 크기를 갖도록 구성되어, 하부 엔드 플레이트(300)의 관통홀(H3)을 관통하지 못하고, 관통홀(H3)에 걸리도록 구성될 수 있다. 그리고, 용접부(420)보다 크게 형성된 부분의 상면이 하부 엔드 플레이트(300)의 하면에 접촉되어, 이러한 접촉 부분에서 하부 엔드 플레이트(300)와 용접될 수 있다. 예를 들어, 제1 체결 부재(400)의 용접부(420)는, 도 7에서 W로 표시된 부분에서, 하부 엔드 플레이트(300)의 하면에 걸리도록 구성되며, 상면이 하부 엔드 플레이트(300)의 하면과 레이저 용접 등의 방식으로 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)가 하부 엔드 플레이트(300)에 안정적으로 고정되는 한편, 용접이 원활하게 이루어질 수 있다. 그러므로, 배터리 팩의 제조 중에 제1 체결 부재(400)를 하부 엔드 플레이트(300)에 용접시키는 공정이 용이하게 수행될 수 있고, 배터리 팩의 사용 중에 제1 체결 부재(400)가 하부 엔드 플레이트(300)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 체결 부재(400)에 결합된 제2 체결 부재(500)의 고정력 및 직각도를 안정적으로 확보할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제2 체결 부재(500)는, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 체결 부재(500)는, 적어도 일부분에 외주면을 따라 다각형 형태의 돌출부(510)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 체결 부재(500)는, 도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전체적으로는 원기둥 형태로 형성되되, 일부분에서 다각 기둥 형태의 돌출부(510)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 체결 부재(500)의 돌출부(510)는, 외주면이 육각 기둥 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 체결 부재(500)의 돌출부(510)는, 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500)의 회전 결합 시, 제1 체결 부재(400)의 상부에 접촉하여 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 체결 부재(500)의 원기둥 형상을 통해, 카트리지(200)의 체결홀(H2)을 원활하게 관통하면서 체결홀(H2)의 내면에 밀착되도록 할 수 있다. 또한, 제2 체결 부재(500)의 돌출부(510)의 다각형 형상을 통해, 제1 체결 부재(400)에 대한 제2 체결 부재(500)의 조립을 보다 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 제2 체결 부재(500)의 육각 돌출부(510)에, 렌치 등의 형상을 갖는 체결 도구를 이용하여 제2 체결 부재(500)를 회전시키는 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 더욱이, 이러한 돌출부(510)는 제1 체결 부재(400)의 인접 부분에 형성됨으로써, 제2 체결 부재(500)의 회전 시 제2 체결 부재(500)의 회전이 용이하도록 하는 한편, 회전력이 제2 체결 부재(500)에 충분하게 전달되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 9는 도 8의 결합 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(600)는, 내부에 빈 공간을 구비하여, 내부 공간에 이차 전지(100) 및 카트리지(200)를 수용할 수 있다. 특히, 이차 전지(100)와 카트리지(200)는, 앞서 설명한 바와 같이, 다수가 적층되어 적층체(B)를 구성할 수 있으며, 이러한 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B)는 팩 케이스(600)의 내부 공간에 수납될 수 있다.
더욱이, 상기 팩 케이스(600)는, 상부 케이스(620) 및 하부 케이스(610)를 구비할 수 있다. 여기서, 하부 케이스(610)는, 내부에 빈 공간을 구비하고 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상부 케이스(620)는, 하부 케이스(610)의 상부 개방단에 결합되어 상부 개방단을 밀폐시킬 수 있다. 이때, 상부 케이스(620)와 하부 케이스(610)는 상호 접촉되는 테두리 부분에 고무 패드와 같은 실링 부재가 구비되어, 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 케이스(610)와 하부 엔드 플레이트(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 10을 참조하면, 하부 엔드 플레이트(300) 및 제1 체결 부재(400)는, 하부 케이스(610)의 내부에 매립된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 하부 케이스(610)는 하부 및 측부가 막히고 상부가 개방된 형태로 내부 공간이 형성된 폴리머 재질의 로워 하우징(611)과, 상기 로워 하우징(611)의 하부에 결합되며 판상의 폴리머 재질로 구성된 로워 커버(612)를 구비할 수 있다. 그리고, 하부 엔드 플레이트(300)와 제1 체결 부재(400)는, 로워 하우징(611)과 로워 커버(612) 사이에 개재될 수 있다.
특히, 로워 커버(612)는, 로워 하우징(611)과 레이저 용접에 의해 결합 고정될 수 있다. 이 경우, 로워 커버(612)는 레이저 용접에 대한 투과재가 될 수 있고, 로워 하우징(611)은 레이저 용접에 대한 흡수재가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 로워 커버(612)는, 테두리 부분에서 로워 하우징(611)과 레이저 용접 방식으로 서로 융착될 수 있다.
또는, 상기 로워 커버(612)는, 제1 체결 부재(400)가 고정된 하부 엔드 플레이트(300)를 사이에 두고, 로워 하우징(611)과 인서트 사출 방식으로 성형될 수 있다. 또는, 상기 로워 커버(612)는, 몰딩 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 제2 체결 부재(500)는, 하부 케이스(610)의 내부 공간으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제2 체결 부재(500)는, 하부 케이스(610)에 매립된 제1 체결 부재(400)와 하단이 결합될 수 있기 때문에, 로워 하우징(611)을 관통하여 로워 하우징(611)의 내부 공간으로 인입될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하부 케이스(610)는 주로 폴리머 재질로 구성되어 전기적 절연성, 경량성 및 성형성 등이 쉽게 확보되면서도, 내장된 하부 엔드 플레이트(300)로 인해 강성과 실링성 등이 보강될 수 있다. 또한, 제1 체결 부재(400)와 하부 엔드 플레이트(300) 사이의 고정 상태가 안정적으로 유지됨으로써, 하부 엔드 플레이트(300)와 카트리지(200) 사이의 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 하부 엔드 플레이트(300)와 하부 케이스(610) 사이에 체결 고정을 위해 볼트나 너트 등의 체결을 위한 부품 내지 공간이 필요 없게 되므로, 공간 활용도가 향상되고, 제조 공정성이 향상될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 체결 부재(500)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(620)의 상부로 돌출되어, 상단부가 제3 체결 부재(900)에 의해 결합될 수 있다. 즉, 하부 케이스(610)의 상부 개방단에 상부 케이스(620)가 덮어지면, 상기 제2 체결 부재(500)는 상단이 상부 케이스(620)의 외부로 노출되고, 노출된 상단에는 제3 체결 부재(900)가 결합될 수 있다.
이때, 제2 체결 부재(500)는, 상단 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 제3 체결 부재(900)는, 너트 형태로 구성되어, 내주면에 나사산이 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 체결 부재(500)는 제3 체결 부재(900)와 나사산에 의해 상호 회전 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 체결 부재(500)를 통해 상부 케이스(620)를 고정할 수 있으므로, 상부 케이스(620)와 하부 케이스(610) 사이의 체결 부품 및 공간을 줄이거나 없앨 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 제조 비용 및 시간을 줄이는 한편, 배터리 팩의 소형화를 이루는데 보다 용이할 수 있다. 더욱이, 하부 엔드 플레이트(300) 및 제1 체결 부재(400)가 하부 케이스(610)의 내부에 매립된 형태의 실시예에 의하면, 제2 체결 부재(500)를 통해 하부 케이스(610)와 상부 케이스(620) 사이의 고정력이 더욱 향상될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 다른 배터리 팩은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 엔드 플레이트(700)를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 엔드 플레이트(700)는, 판상으로 구성되며, 금속 재질, 이를테면 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 상부 엔드 플레이트(700)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 상부에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 상부 엔드 플레이트(700)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 상부를 커버함으로써, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B)를 고정하고 강성을 보강하며, 면압이 유지되도록 하고, 외부 충격으로부터 적층체를 보호할 수 있다.
특히, 상기 상부 엔드 플레이트(700)는, 제2 체결 부재(500)에 의해 관통될 수 있다. 즉, 제2 체결 부재(500)는, 카트리지(200)의 체결홀(H2)과 함께 상부 엔드 플레이트(700)도 관통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(600) 또는 카트리지(200)와 상부 엔드 플레이트(700)를 고정시키기 위한 별도의 체결 부품 및 공간을 줄이거나 없앨 수 있다. 그러므로, 이 경우, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용 및 시간이 감소하며, 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 8에 도시된 바와 같이, 전장 플레이트(800)를 더 포함할 수 있다.
상기 전장 플레이트(800)는, 판상으로 구성되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착될 수 있고, 이차 전지와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소이다. 또한, 전류센서는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서, 릴레이 및 퓨즈는 BMS와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS에 의해 제어될 수 있다.
상기 전장 플레이트(800)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 상부에 구비될 수 있다. 또한, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 상부에 상부 엔드 플레이트(700)가 구비된 실시예의 경우, 상기 전장 플레이트(800)는 상부 엔드 플레이트(700)의 상부에 위치할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전장품의 장착 및 조립, 교체 등이 용이해질 수 있다.
또한, 상기 전장 플레이트(800)는, 제2 체결 부재(500)에 의해 관통될 수 있다. 즉, 제2 체결 부재(500)는, 카트리지(200)의 체결홀(H2), 상부 엔드 플레이트(700) 등과 함께 전장 플레이트(800)도 관통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(600) 내부에서 전장 플레이트(800)를 고정시키기 위한 별도의 체결 부품 및 공간을 줄이거나 없앨 수 있다. 그러므로, 이 경우, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용 및 시간이 감소하며, 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 내부로 공기 등의 냉매를 유출입시키기 위한 덕트(D)를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 덕트(D)는, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 외부에서 내부로 냉매를 유입시키기 위한 유입 덕트와, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체(B) 내부에서 외부로 냉매를 유출시키기 위한 유출 덕트를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 유입 덕트와 유출 덕트는, 냉매의 원활한 흐름을 위해 서로 반대 측면에 배치될 수 있다.
더욱이, 유입 덕트를 통해 유입된 냉매는, 이차 전지(100) 사이로 흐를 수 있다. 특히, 각각의 카트리지(200)는, 서로 소정 거리 이격된 2개의 냉각 플레이트(220)를 구비할 수 있으며, 이러한 냉각 플레이트(220)의 이격 공간 사이로 냉매가 유입될 수 있다. 그리고, 이러한 카트리지(200)의 냉각 플레이트(220)의 이격 공간 사이로 흐르는 냉매는, 유출 덕트를 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 구성 이외에도 다른 여러 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리의 충방전 전원을 전달하기 위한 버스바나 전기적 신호를 전달하기 위한 케이블, 외부의 충방전 장치와 연결되기 위한 전원 단자 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 전기 자동차와 같이 배터리로부터 구동력을 얻는 자동차의 경우, 공간 활용도 향상을 통한 배터리 팩의 에너지 밀도 향상, 충격 및 진동 등에 대한 내구성 확보, 경량화 및 소형화 등은 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 따라서, 이러한 자동차에 본 발명에 따른 배터리 팩이 적용되는 경우, 이와 같은 여러 요소를 만족시키는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 제1 체결 부재 고정 단계(S110), 제2 체결 부재 결합 단계(S120), 및 카트리지 적층 단계(S130)를 포함한다.
상기 S110 단계는, 판상의 금속 재질로 구성된 하부 엔드 플레이트(300)에 제1 체결 부재(400)를 고정시키는 단계이다.
상기 S120 단계는, 제2 체결 부재(500)를 제1 체결 부재(400)에 결합시키는 단계이다. 특히, 상기 S120 단계는, 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된 제2 체결 부재(500)가 하부 엔드 플레이트(300)에 수직하게 세워지는 형태로 수행될 수 있다.
상기 S130 단계는, 내부 공간에 이차 전지(100)를 수용하면서 카트리지(200)를 적층시키는 단계이다. 특히, 상기 S130 단계는, 카트리지(200)에 형성된 체결홀에 제2 체결 부재(500)가 관통되는 형태로 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 S110 단계는, 제1 체결 부재(400)를 하부 엔드 플레이트(300)의 하부에 용접시키는 방식으로 수행될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 S130 단계 이전, 특히 S120 단계와 S130 단계 사이에, 하부 엔드 플레이트(300) 및 제1 체결 부재(400)를 하부 케이스(610)의 내부에 매립시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 하부 케이스(610)는, 내부 공간이 형성되고 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다. 일례로, 상기 매립 단계는, 도 10에 도시된 바와 같은 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 S130 단계 이후에, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체 상부에, 판상의 금속 재질로 구성된 상부 엔드 플레이트(700)를 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 체결 부재(500)는, 상부 엔드 플레이트(700)를 관통하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 S130 단계 이후에, 이차 전지(100)와 카트리지(200)의 적층체 상부에, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착된 전장 플레이트(800)를 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 체결 부재(500)는, 전장 플레이트(800)를 관통하도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리 팩에 상부 엔드 플레이트(700)가 구비된 경우, 전장 플레이트(800)는, 상부 엔드 플레이트(700)의 상단에 배치될 수 있다.
또한, 상기 S130 단계 이후에, 제2 체결 부재(500)가 관통된 상태로 상부 케이스(620)를 하부 케이스(610)의 상부 개방단에 결합시키는 단계 및 상부 케이스(620)의 상부로 돌출된 제2 체결 부재(500)의 상단에 제3 체결 부재(900)를 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 이차 전지
200: 카트리지
300: 하부 엔드 플레이트
400: 제1 체결 부재
410: 삽입부, 420: 용접부
500: 제2 체결 부재
510: 돌출부
600: 팩 케이스
610: 하부 케이스, 620: 상부 케이스
700: 상부 엔드 플레이트
800: 전장 플레이트
900: 제3 체결 부재

Claims (17)

  1. 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비하고 상하 방향으로 배열된 다수의 이차 전지;
    상기 이차 전지를 내부 공간에 수용하고, 체결홀이 형성되며, 상하 방향으로 상호 적층된 다수의 카트리지;
    판상의 금속 재질로 구성되고, 이차 전지와 카트리지의 적층체 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트;
    상기 하부 엔드 플레이트에 고정된 제1 체결 부재; 및
    상기 하부 엔드 플레이트에 수직하게 세워지도록 길게 연장된 형태로 형성되고, 하단부가 상기 제1 체결 부재에 결합되며, 상기 카트리지의 체결홀을 관통하는 제2 체결 부재
    를 포함하되,
    상기 하부 엔드 플레이트는, 상하 방향으로 관통된 형태의 관통홀이 형성되고,
    상기 제1 체결 부재는, 상기 하부 엔드 플레이트의 관통홀에 삽입된 삽입부 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 위치하여 상면이 상기 하부 엔드 플레이트의 하면에 접촉되어 용접되는 용접부를 구비하여, 상기 하부 엔드 플레이트에 용접 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 체결 부재는 너트이고, 상기 제2 체결 부재는 볼트인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 체결 부재는, 양단에 나사산이 형성되고, 하단에 형성된 나사산이 상기 제1 체결 부재의 나사산에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 체결 부재는, 원기둥 형상으로 형성되고, 적어도 일부분에 외주면을 따라 다각형 형태의 돌출부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지 및 상기 카트리지를 내부 공간에 수용하는 팩 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 내부에 빈 공간을 구비하고 상부가 개방된 형태로 구성된 하부 케이스 및 상기 하부 케이스의 상부 개방단에 결합되어 상부 개방단을 밀폐시키는 상부 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 엔드 플레이트 및 상기 제1 체결 부재는 상기 하부 케이스의 내부에 매립된 형태로 구성되고, 상기 제2 체결 부재는 상기 하부 케이스의 내부 공간으로 돌출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 체결 부재는, 상기 상부 케이스의 상부로 돌출되어, 상단부가 제3 체결 부재에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    판상의 금속 재질로 구성되며, 상기 이차 전지와 카트리지의 적층체 상부에 구비되어 상기 이차 전지와 카트리지의 상부를 커버하는 상부 엔드 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2 체결 부재는, 상기 상부 엔드 플레이트를 관통하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    판상으로 구성되고, 상기 이차 전지와 카트리지의 적층체 상부에 구비되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착된 전장 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2 체결 부재는, 상기 전장 플레이트를 관통하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  14. 판상의 금속 재질로 구성된 하부 엔드 플레이트에 제1 체결 부재를 고정시키는 단계;
    일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성된 제2 체결 부재가 상기 하부 엔드 플레이트에 수직하게 세워지도록, 상기 제2 체결 부재를 상기 제1 체결 부재에 결합시키는 단계; 및
    이차 전지를 수용하면서 체결홀에 상기 제2 체결 부재가 관통되도록 카트리지를 적층시키는 단계
    를 포함하되,
    상기 하부 엔드 플레이트는 상하 방향으로 관통된 형태의 관통홀이 형성되고, 상기 제1 체결 부재는 삽입부 및 용접부를 구비하여,
    상기 제1 체결 부재 고정 단계는, 상기 제1 체결 부재의 삽입부가 상기 하부 엔드 플레이트의 관통홀에 삽입되고, 상기 제1 체결 부재의 용접부가 상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 위치하여 상면이 상기 하부 엔드 플레이트의 하면에 접촉되어 용접되도록 하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2 체결 부재 결합 단계와 상기 카트리지 적층 단계 사이에,
    내부 공간이 형성되고 상부가 개방된 형태로 구성된 하부 케이스의 내부에, 상기 하부 엔드 플레이트 및 상기 제1 체결 부재를 매립시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 카트리지 적층 단계 이후에,
    제2 체결 부재가 관통된 상태로 상부 케이스를 하부 케이스의 상부 개방단에 결합시키는 단계; 및
    상기 상부 케이스의 상부로 돌출된 상기 제2 체결 부재의 상단에 제3 체결 부재를 결합시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
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