KR102086993B1 - 돌출 슬롯 고정 수단에 맞물리는 레일을 갖는 배터리 케이스 - Google Patents

돌출 슬롯 고정 수단에 맞물리는 레일을 갖는 배터리 케이스 Download PDF

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Abstract

배터리 팩 하우징은 배터리 모듈을 수용하는 컨테이너를 형성한다. 배터리 팩 하우징은 컨테이너 부분 및 컨테이너 부분의 개방된 단부를 폐쇄하는 커버를 포함한다. 컨테이너 부분은 베이스(base), 베이스를 둘러싸는 측벽, 및 베이스 내부 표면으로부터 돌출되는 평행 레일을 포함한다. 레일은 커버에 대향하여 개방하는 세로로 이격된 슬롯을 갖는다. 게다가, 커버 부분의 내부 표면은 베이스에 대향하여 개방하는 세로로 이격된 슬롯을 갖는 평행 레일을 포함한다. 슬롯은 배터리 모듈 하우징의 측 표면 상에 제공된 핀을 수용하고 유지하도록 구성된다. 배터리 모듈 하우징의 핀과 컨테이너 부분의 슬롯 사이의 협력 및 커버 부분은 모듈이 배터리 팩 하우징 내에 가능하게 그리고 안전하게 위치되고, 유지 동안 배터리 팩 하우징으로부터 빠르게 제거되는 것을 허용한다.

Description

돌출 슬롯 고정 수단에 맞물리는 레일을 갖는 배터리 케이스
본 발명은 배터리 팩 하우징(battery pack housing) 내에 배터리 모듈을 위치시키고 안전하게 유지하기 위한 구조체를 포함하는 배터리 팩 어셈블리에 관한 것이고 특히, 배터리 팩 하우징에 관하여 배터리 모듈을 위치시키고, 배터리 팩 하우징으로부터의 배터리 모듈의 빠른 연결 및 연결해제를 허용하는 배터리 팩 하우징 및 배터리 모듈 상에 형성된 컴플리멘터리(complimentary) 구조체에 관한 것이다.
배터리 팩은 전력을, 그 범위가 휴대용 전자장치로부터 재생가능한 전력 시스템 및 환경 친화적인 차량까지인 다양한 기술에 제공한다. 예를 들면, 하이브리드 전기 차량(hybrid electric vehicles; HEV)은 연소 엔진과 결부하여 배터리 팩 및 전기 모터를 이용하여 연료 효율성을 증가시킨다. 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈로 구성되고, 여기서 각각의 배터리 모듈은 몇몇 전기화학 셀을 포함한다. 셀은 스택(stacks)으로 배열되고 전기적으로 직렬로 또는 병렬로 연결된다. 마찬가지로, 배터리 팩 내의 배터리 모듈은 전기적으로 직렬로 또는 병렬로 연결된다. 일부 종래의 배터리 팩에서, 배터리 모듈은 볼트를 이용하여 배터리 팩 하우징 내에 설치되고 유지되어 볼트 상에 배터리 모듈을 유지하기 위해 하우징 및 너트에 관하여 배터리 모듈을 위치시킨다. 일부 종래의 배터리 팩에서, 배터리 모듈의 구멍은 배터리 팩 하우징의 대응하는 구멍에 따라 정렬되고, 패스너(fastener)는 구멍을 통해 이동되며 너트를 이용하여 유지된다.
이들 방법은 배터리 팩 하우징 내의 공간 제약으로 인해 이용하기 어렵고, 이는 또한 구멍 및 패스너를 시각화하는데 어려움을 야기한다. 게다가, 너트 및 볼트 패스너의 이용은 노동 집약적이고 시간 소모적이다.
일부 양태에서, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징 및 배터리 팩 하우징에 배치된 배터리 모듈을 포함한다. 배터리 팩 하우징은 제 1 측, 및 제 1 측과 평행한 제 2 측을 포함하고, 여기서 제 1 측의 내부 표면은 제 2 측의 내부 표면에 대향하고 제 2 측의 내부 표면으로부터 이격된다. 배터리 팩 하우징은 제 1 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 1 레일(rail)을 포함하고, 제 1 레일은 제 1 표면 피쳐(feature)를 포함한다. 배터리 팩 하우징은 또한, 제 2 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 2 레일을 포함하고, 제 2 레일은 제 2 표면 피쳐를 포함한다. 배터리 모듈은 제 1 측과 제 2 측 사이에 상주하도록 배터리 팩 하우징에 배치된다. 배터리 모듈은 모듈 하우징을 포함하고, 모듈 하우징의 외부 표면은 제 3 표면 피쳐 및 제 4 표면 피쳐를 포함한다. 배터리 모듈은 또한, 모듈 하우징 내에 배치된 전기화학 셀을 포함한다. 제 1 표면 피쳐 및 제 2 표면 피쳐는 돌출부 및 슬롯 중 하나를 포함하고, 제 3 표면 피쳐 및 제 4 표면 피쳐는 돌출부 및 슬롯 중 다른 하나를 포함하며, 슬롯은 돌출부를 수용하고 지지하도록 형성되고 설계된다(dimensioned). 게다가, 돌출부는 슬롯에 배치되고, 모듈 하우징은 제 3 표면 피쳐와의 제 1 표면 피쳐의 맞물림, 및 제 4 표면 피쳐와의 제 2 표면 피쳐의 맞물림을 통해 배터리 팩 하우징에 대해 위치되고 유지된다.
배터리 팩은 다음 피쳐 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 제 1 표면 피쳐 및 제 2 표면 피쳐는 제 1 측의 내부 표면에 수직인 방향으로 정렬된다. 제 1 표면 피쳐는 제 2 측의 내부 표면에 대향하여 개방하는 제 1 슬롯이고, 제 2 표면 피쳐는 제 1 측의 내부 표면에 대향하여 개방하는 제 2 슬롯이다. 제 1 슬롯 및 제 2 슬롯은 돌출부의 외부 표면의 형상에 따르도록 형성된다. 제 3 표면 피쳐는 제 1 슬롯에 배치된 돌출부이고, 제 4 표면 피쳐는 제 2 슬롯에 배치된 돌출부이다. 제 1 레일은 제 1 측의 내부 표면과 평행하고 그것으로부터 이격되는 제 1 지지 표면을 포함하며, 제 1 슬롯은 제 1 지지 표면에서 개방한다. 제 2 레일은 제 2 측의 내부 표면과 평행하고 그것으로부터 이격되는 제 2 지지 표면을 포함하며, 제 2 슬롯은 제 2 지지 표면에서 개방한다. 제 1 슬롯은 제 1 레일의 인접 측 표면 및 제 1 지지 표면과 교차하고, 인접 측 표면은 제 1 측의 내부 표면과 제 1 지지 표면 사이로 연장한다. 제 1 슬롯은 시트 부분(seat portion) 및 시트 부분과 제 1 지지 표면 사이에 배치되는 챔퍼처리된 가이드 부분(chamfered guide portion)을 포함한다. 가이드 부분은 챔퍼처리된 부분 및 제 1 지지 표면의 교차 지점에 대응하는 위치에서의 대향 슬롯 표면 사이의 최대 간격, 및 챔퍼처리된 부분 및 시팅 부분의 교차 지점에 대응하는 위치에서의 대향 슬롯 표면 사이의 최소 간격을 갖도록 챔퍼처리된다. 시팅 부분은 핀의 외부 표면의 형상에 따르도록 형성된다. 모듈 하우징은 배터리 팩 하우징 제 1 측을 가로지르는 모듈 제 1 측, 및 모듈 제 1 측에 대향된 모듈 제 2 측을 포함하고, 제 3 표면 피쳐는 모듈 제 1 측 상에 형성되며 제 4 표면 피쳐는 모듈 제 2 측 상에 형성된다. 배터리 팩 하우징 제 1 측은 복수의 평행하고 이격된 제 1 레일을 포함하고, 각각의 제 1 레일은 제 1 표면 피쳐를 포함하고, 배터리 팩 하우징 제 2 측은 복수의 제 2 레일을 포함하며, 각각의 제 2 레일은 상기 제 1 레일 중 하나에 따라 정렬된다. 배터리 팩 하우징은 제 1 측을 포함하는 분리가능한 커버, 및 제 2 측을 포함하는 컨테이너 부분을 포함하고, 커버는 컨테이너 부분 상에 지지되어 빈 컨테이너를 형성하도록 구성된다. 배터리 팩 하우징은 제 1 측의 내부 표면으로부터 돌출되고 제 1 레일로부터 이격되는 제 3 레일, 제 2 측의 내부 표면으로부터 돌출되고 제 2 레일로부터 이격되는 제 4 레일을 포함하고, 모듈 하우징은 제 1 레일과 제 3 레일 사이에, 그리고 제 2 레일과 제 4 레일 사이에 배치된다.
일부 양태에서, 하우징은 외부 하우징 및 외부 하우징에 배치된 내부 하우징을 포함한다. 외부 하우징은 제 1 측, 제 1 측과 평행한 제 2 측, 제 2 측의 내부 표면에 대향하고 그것으로부터 이격되는 제 1 측의 내부 표면을 포함한다. 외부 하우징은 제 1 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 1 레일을 포함하고, 제 1 레일은 제 1 표면 피쳐를 포함한다. 외부 하우징은 또한, 제 2 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 2 레일을 포함하고, 제 2 레일은 제 2 표면 피쳐를 포함한다. 내부 하우징은 제 1 측과 제 2 측 사이에 상주하도록 외부 하우징에 배치되고, 내부 하우징은 제 3 표면 피쳐 및 제 4 표면 피쳐를 포함한다. 제 1 표면 피쳐 및 제 2 표면 피쳐는 돌출부 및 슬롯 중 하나를 포함하고, 제 3 표면 피쳐 및 제 4 표면 피쳐는 돌출부 및 슬롯 중 다른 하나를 포함하며, 슬롯은 돌출부를 수용하고 지지하도록 형성되고 설계된다. 게다가, 돌출부는 슬롯에 배치되고, 내부 하우징은 제 3 표면 피쳐와의 제 1 표면 피쳐의 맞물림, 및 제 4 표면 피쳐와의 제 2 표면 피쳐의 맞물림을 통해 외부 하우징에 대해 위치되고 유지된다.
하우징은 다음의 피쳐 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 제 1 표면 피쳐는 슬롯이고 제 3 표면 피쳐는 핀이다. 슬롯의 표면은 핀의 외부 표면의 형상에 따르도록 형성된다. 슬롯은 챔퍼처리된다. 외부 하우징은 적어도 2개의 제 1 레일 및 적어도 2개의 제 2 레일을 포함하고, 각각의 제 1 레일은 적어도 2개의 제 2 레일 중 대응하는 레일에 따라 정렬된다. 각각의 제 1 레일은 적어도 2개의 제 1 표면 피쳐를 포함하고, 각각의 제 2 레일은 적어도 2개의 제 2 표면 피쳐를 포함하며, 적어도 2개의 제 1 표면 피쳐 중 각각의 피쳐는 적어도 2개의 제 2 표면 피쳐 중 대응하는 피쳐에 따라 정렬된다.
일부 양태에서, 배터리 팩 어셈블리는 배터리 팩 하우징 내에 배터리 모듈을 위치시키고 안전하게 유지하기 위한 구조적 피쳐를 포함한다. 구조적 피쳐는 또한, 배터리 모듈이 예를 들면, 배터리 팩의 유지 동안 배터리 팩 하우징으로부터 빠르게 분리되는 것을 허용한다. 일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징은 컨테이너 부분 및 컨테이너 부분의 개방된 단부를 폐쇄하는 커버를 포함하여 빈 컨테이너를 형성한다. 컨테이너 부분은 베이스(base) 및 베이스를 둘러싸는 측벽을 포함한다. 컨테이너 부분은 베이스 내부 표면으로부터 돌출되고 커버에 대향하여 개방하는 세로로 이격된 슬롯을 갖는 평행 레일을 포함한다. 게다가, 커버 부분의 내부 표면은 베이스에 대향하여 개방하는 세로로 이격된 슬롯을 갖는 평행 레일을 포함한다. 슬롯은 배터리 모듈 하우징의 측 표면 상에 제공된 핀을 수용하고 유지하도록 구성된다. 배터리 모듈 하우징의 핀과 컨테이너 부분의 슬롯 사이의 협력 및 커버 부분은 모듈이 배터리 팩 하우징 내에 가능하게 그리고 안전하게 위치되고, 유지 동안 배터리 팩 하우징으로부터 빠르게 제거되는 것을 허용한다.
도 1은 배터리 팩의 개략적인 분해 투시도.
도 2는 배터리 모듈의 투시도.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 일부의 확대도.
도 4는 배터리 팩 하우징의 분해도.
도 5는 슬롯의 상세를 도시하는 베이스 레일의 일부의 확대도.
도 6은 도 4의 배터리 팩 하우징의 컨테이너 부분에 배치된 모듈의 투시도.
도 7은 도 4의 배터리 팩 하우징의 커버 부분과 컨테이너 부분 사이에 배치된 모듈의 측면도.
도 8은 베이스(23)와 평행하고 단일 슬롯에 배치된 한 쌍의 핀을 통해 이동하는 평면을 따라 보여지는 바와 같은 배터리 팩의 일부의 단면도.
도 9는 일 대안적인 슬롯의 상세를 도시하는 베이스 레일의 일부의 확대도.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력을 제공하기 위해 이용된 배터리 팩(10)은 배터리 팩 하우징(12) 내에 조직적인 방식으로 전기적으로 상호연결되고 저장되는 전기화학 셀(20)을 포함한다. 셀(20)은 전력 생성 및 저장 유닛을 형성하기 위해 전해액과 함께 셀 하우징(22) 내에 밀봉되는 전극 어셈블리(도시되지 않음)를 포함하는 각기둥형 리튬 이온 셀이다. 전극 어셈블리는 적층되고 감긴(rolled) 배열로 제공된 양극, 음극 및 중간 분리기를 포함하는 "젤리 롤(jelly roll)" 전극 어셈블리일 수 있지만, 그것으로 제한되지 않는다. 한 어레이의 셀(20)은 모듈 하우징(14) 내에서 함께 번들링(bundling)되어 배터리 모듈(16)을 형성한다. 배터리 모듈(16) 내에서, 어레이의 셀(20)은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되고, 배터리 팩 하우징(12) 내에서, 배터리 모듈(16)은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된다. 배터리 팩 하우징(12) 및 배터리 모듈 하우징(14)은 배터리 팩 하우징(12) 내에서 배터리 모듈(16)의 블라인드 설치(blind installation)를 허용하도록 협력적으로 맞물리고, 하기에 또한 논의된 바와 같이, 일단 배터리 팩(10)이 조립되었으면 배터리 팩 하우징(12)에 대한 고정 위치에 배터리 모듈 하우징(14)을 안전하게 유지하는 구조적 피쳐를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 각각의 배터리 모듈(16)의 모듈 하우징(14)은 직사각형 형상을 갖고 제 1 단부(60), 대향된 제 2 단부(61), 및 제 1 단부(60)와 제 2 단부(61) 사이로 연장하고, 그들을 연결하는 4개의 측을 포함한다. 즉, 모듈 하우징(14)의 4개의 측은 제 1 측(62), 제 1 측(62)에 인접하는 제 2 측(63), 제 1 측(62)에 대향된 제 3 측(64), 및 제 2 측(63)에 대향된 제 4 측(65)을 포함한다. 설명의 목적을 위해, 제 1 단부(60)와 제 2 단부(61) 사이의 간격은 모듈 하우징(14)의 높이 치수에 대응하고, 제 1 단부(62)와 제 3 단부(64) 사이의 간격은 모듈 하우징(14)의 길이 치수에 대응하며, 제 2 단부(63)와 제 4 단부(65) 사이의 간격은 모듈 하우징(14)의 폭 치수에 대응한다. 도시된 실시예에서, 모듈 하우징(14)의 길이는 그것의 폭보다 크고, 모듈 하우징(14)의 폭은 그것의 높이보다 크다.
일부 실시예에서, 모듈 하우징(14)은 제 1 단부(60)에 인접하여 배치되고 4개의 측(62, 63, 64, 65)에 의해 정의된 모듈 하우징(14)의 원주를 둘러싸는 금속 스트랩(metal strap)의 형태인 제 1 안전장치(restraint)(66)를 포함할 수 있다. 제 1 안전장치(66)의 에지(70)는 제 1 단부(60)의 주변 위로 접혀진다. 게다가, 모듈 하우징(14)은 제 2 단부(61)에 인접하여 배치되고 모듈 하우징(14)의 원주를 둘러싸는 금속 스트랩의 형태인 제 2 안전장치(67)를 포함할 수 있다. 제 2 안전장치(67)의 에지(72)는 제 2 단부(61)의 주변 위로 접혀진다.
모듈 하우징(14)의 대향된 제 2 및 제 4 측(63, 65)에는 밖으로 돌출되는 핀(68)이 제공된다. 즉, 핀(68)은 모듈 하우징(14)의 폭 방향으로 돌출된다. 핀(68)은 배터리 팩 하우징(12) 상에 형성된 슬롯(36)과 협력적으로 맞물려서 배터리 팩 하우징(12) 내의 모듈 하우징(14)의 설치 및 유지를 가능하게 하는 모듈 하우징(14)의 구조적 피쳐이다. 슬롯(36)은 하기에 설명된다.
제 4 측(65) 상에 제공된 핀(68)은 제 2 측(63) 상에 제공된 핀(68)과 같고, 그것과 동일한 배열을 가지며, 따라서 단지 제 2 측(63) 상의 핀(68)이 설명될 것이다. 각각의 핀(68)은 하우징 측(63)에 대향하여 뷰잉될 때 그 단면 형상이 원형이고, 얇은 디스크의 외관을 갖는다. 예를 들면, 핀(68)은 핀 단면의 지름(d) 미만인 폭(wp)을 갖고, 여기서 핀 폭은 모듈 하우징(14)의 폭에 따라 정렬된다. 일부 실시예에서, 핀(68)은 핀 단면의 지름의 약 10 내지 25 퍼센트의 범위에 있는 폭을 갖는다.
도시된 실시예에서, 제 2 모듈 수용 측(63)은 다음과 같이 4개의 핀을 포함한다: 제 2 모듈 수용 측(63)은 제 1 안전장치(66)로부터 돌출되는 2개의 세로로 이격된 핀(68a, 68b)에 대응하는 제 1 쌍의 핀, 및 제 2 안전장치(67)로부터 돌출되는 2개의 세로로 이격된 핀(68c, 68d)에 대응하는 제 2 쌍의 핀을 포함한다. 4개의 핀 중에서, 2개의 핀(68a, 68c)은 제 1 측(62)에 인접하고(예로서, 모듈 하우징(14)의 중간 길이(69)보다 제 1 측(62)에 가까움), 높이 방향으로 정렬된다. 다른 2개의 핀(68b, 68d)은 제 3 측(64)에 인접하고(예로서, 모듈 하우징(14)의 중간 길이(69)보다 제 3 측(64)에 가까움), 높이 방향으로 정렬된다. 일부 실시예에서, 핀(68a, 68b, 68c, 68d)은 안전장치(66, 67)로부터 별개로 형성되고, 그 다음 예를 들면, 용접하거나 패스너를 이용함으로써 그에 단단하게 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 핀(68a, 68b, 68c, 68d)은 예를 들면, 성형(molding), 천공(punching) 또는 기계가공(machining)에 의해 안전장치(66, 67)와 일체형으로 형성된다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩 하우징(12)은 컨테이너 부분(22) 및 컨테이너 부분(22)의 개방 단부를 커버하는 커버 부분(40)을 포함한다. 컨테이너 부분(22)은 개방형 박스(open-ended box)의 형상을 갖고, 직사각형 베이스(23)를 포함한다. 측벽(24)은 베이스(23)의 주변에 연결되고 상기 주변을 둘러싼다. 측벽(24)은 배터리 팩 하우징(12)의 세로축(29)과 평행하고 배터리 팩 하우징(12)의 길이 치수를 정의하는 2개의 세로 측벽 부분(25, 27)을 포함한다. 측벽(24)은 또한, 세로 측벽 부분(25, 27)으로 횡방향으로 연장하고 세로 측벽 부분(25, 27)의 대향 단부를 연결하는 2개의 횡방향 측벽 부분(26, 28)을 포함한다. 횡방향 측벽 부분(26, 28)은 배터리 팩 하우징(12)의 폭 치수를 정의한다. 커버 부분(40)이 그 위에서 어셈블링될 때, 배터리 팩 하우징(12)의 높이 치수는 컨테이너 부분(22)과 커버 부분(40) 사이의 간격에 대응한다. 배터리 팩 하우징(12)의 길이 치수는 그것의 폭 치수보다 크고, 배터리 팩 하우징의 폭 치수는 그것의 높이 치수보다 크다.
커버 부분(40)은 베이스(23)와 동일한 치수를 갖는 일반적으로 평평한, 직사각형 판의 형상을 갖는다. 커버 부분(40)은 컨테이너 부분(22)과 별개로 형성되고, 종래의 고정 수단을 통해 컨테이너 부분(22)의 개방 단부 위에 분리가능하게 고정된다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 커버 부분(40)은 나사(도시되지 않음)를 통해 측벽(24)에 고정된다.
컨테이너 부분(22)은 베이스(23)의 내부 표면(31)으로부터 안으로 돌출되는 베이스 레일(32)을 더 포함한다. 게다가, 커버 부분(40)은 커버 부분(40)의 내부 표면(41)으로부터 안으로 돌출되는 커버 레일(42)을 포함한다. 베이스 레일(32) 및 커버 레일(42)은 단면이 가늘고 길고 직사각형이며 대향된 횡방향 측벽 부분(26, 28) 사이에 세로로 연장한다. 제공된 베이스 레일(32)의 수는 제공된 커버 레일(42)의 수에 대응하고, 각각의 베이스 레일(32)은 커버 레일(42) 중 대응하는 레일에 따라 정렬된다. 베이스 레일(32) 및 커버 레일(42)은 각각의 컨테이너 부분(22) 및 커버 부분(40)과 일체형으로 형성될 수 있거나, 그것에 단단하게 고정될 수 있다. 외부 베이스 레일(32o) 및 외부 커버 레일(42o)은 각각의 세로 측벽 부분(25, 27)에 인접하여 제공된다. 중간 베이스 레일(32i) 및 중간 커버 레일(42i)은 각각의 외부 베이스 레일(32o)과 외부 커버 레일(42o) 사이에 배치된다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 2개의 중간 베이스 레일(32i)은 외부 베이스 레일(32o) 사이에 배치되고 2개의 중간 커버 레일(42i)은 외부 커버 레일(42o) 사이에 배치된다.
인접한 베이스 레일(32) 사이의 횡방향 간격(St)은 배터리 모듈 하우징(14)의 폭 치수에 대응한다. 인접한 커버 레일(42) 사이의 횡방향 간격(St)은 인접한 베이스 레일(32) 사이의 횡방향 간격과 동일하다.
베이스 레일(32) 및 커버 레일(42)은 구조적 강성(stiffness)을 컨테이너 부분(22)에 제공하고, 또한 모듈 하우징의 핀(68)과 협력적으로 맞물려서 배터리 팩 하우징(12) 내의 모듈 하우징(14)의 설치 및 보유를 가능하게 하는 구조적 피쳐(예로서, 슬롯(36)을 포함한다. 특히, 각각의 베이스 레일(32)은 커버 대향 표면(34), 및 베이스(23)의 내부 표면(31)과 커버 대향 표면(34) 사이로 연장하는 인접 측 표면(33, 35)을 포함한다. 각각의 베이스 레일(32)의 커버 대향 표면(34)은 커버 부분(40)에 대향하여 개방시키고 각각의 베이스 레일(32)의 폭(예로서, 인접 측 표면(33, 35) 사이의 간격)에 걸쳐 연장하는 슬롯(36)을 갖고 형성된다. 유사하게, 각각의 커버 레일(42)은 커버 대향 표면(44), 및 커버(40)의 내부 표면(41)과 베이스 대향 표면(44) 사이로 연장하는 인접 측 표면(43, 45)을 포함한다. 각각의 커버 레일(42)의 베이스 대향 표면(44)은 베이스(23)에 대향하여 개방시키고 각각의 커버 레일(42)의 폭(예로서, 인접 측 표면(43, 45) 사이의 간격)에 걸쳐 연장하는 슬롯(36)을 갖고 형성된다.
각각의 베이스 레일(32)은 대응하는 커버 레일(42)에 따라 높이 방향으로(예로서, 베이스(23)의 내부 표면(21)에 수직인 방향으로) 정렬된다. 게다가, 베이스 레일(32)에 형성된 각각의 슬롯(36)은 커버 레일(32)에 형성된 대응하는 슬롯(36)에 따라 높이 방향으로 정렬된다. 슬롯(36)은 세로로 이격된다. 특히, 슬롯(36)은 쌍의 슬롯(36)의 세로 간격이 모듈 하우징(14)의 일 측 상의 핀(68)의 간격에 대응하는 쌍으로 형성된다. 슬롯(36)의 인접 쌍 사이의 세로 간격은 배터리 팩(10) 내에 모듈 하우징(14)의 밀집한 패킹(close packing)을 제공하기 위해 상대적으로 짧다.
도 5를 참조하면, 베이스 레일(32) 및 커버 레일(42)에 형성된 슬롯(36)이 같고, 따라서 단지 베이스 레일(32)의 슬롯(36)이 상세하게 설명될 것이다. 슬롯(36)은 모듈 하우징(14)의 외부 표면 상에 형성된 핀(68) 중 대응하는 핀을 수용하고 지지하기 위해 형성되고 설계된다. 그 목적을 위해, 슬롯(36) 각각은 시트 부분(37) 및 시트 부분(37)과 대응하는 베이스 대향, 또는 커버 대향 표면(34, 44) 사이에 배치되는 가이드 부분(38)을 포함한다. 가이드 부분(38)은 가이드 부분(38) 및 커버 대향 표면(34)의 교차 지점에 대응하는 위치에서 대향 슬롯 표면 사이의 최대 간격(S1), 및 가이드 부분(38) 및 시트 부분(37)의 교차 지점에 대응하는 위치에서 대향 슬롯 표면 사이의 최소 간격(S2)을 갖도록 챔퍼처리된다. 챔퍼처리된 가이드 부분(38)은 핀(68)을 시트 부분(37)으로 지향시키는 인입(lead-in)을 제공하고, 이는 어셈블리 동안 블라인드 위치를 가능하게 한다.
게다가, 시트 부분(37)은 핀(68)의 외부 표면의 형상을 따르게 하도록 형성되고 설계된다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 시트 부분(37)은 핀(68)의 원형 단면 형상에 대응하기 위해 원형이고, 핀(68)을 클리어런스 핏(clearance fit)에 수용하도록 그 크기가 조정된다.
일부 실시예에서, 각각의 슬롯의 시트 부분(37)에는 시트 부분(37)과 핀(68) 사이의 허용 오차를 수용하고 진동 및 그것의 연관된 잡음을 감소시키는 압축가능한 탄성 있는 패드(도시되지 않음)가 제공된다.
도 1과 도 6 및 도 7을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징(12)은 4개의 베이스 레일(32), 및 4개의 커버 레일(42)을 포함하고, 각각의 커버 레일(42)은 베이스 레일(32) 중 하나에 따라 정렬된다. 배터리 모듈(16)의 행은 각각의 쌍의 인접한 베이스 레일(32) 사이에 지지되고, 따라서 배터리 모듈(16)의 3개의 행은 배터리 팩 하우징(12)으로 지지된다. 게다가, 각각의 베이스 레일(42) 및 각각의 커버 레일(42)은 3개의 슬롯 쌍에 대응하는 6개의 슬롯(36)을 포함한다. 각각의 배터리 모듈은 커버 레일(42)의 대응하는 슬롯 쌍을 맞물리도록 배열된 제 1 쌍의 핀(68a, 68b), 및 베이스 레일(32)의 대응하는 슬롯 쌍을 맞물리도록 배열된 제 2 쌍의 핀(68c, 68d)을 포함한다. 따라서, 배터리 모듈(16)의 각각의 행은 최대 3개의 배터리 모듈(16)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 모듈 제어기(BMS)(18)는 배터리 모듈(16) 중 하나 대신에 배터리 팩 하우징 내에 배치되고, 이에 의해 배터리 팩(10) 내의 배터리 모듈(16)의 수는 하나로 감소되어 BMS를 위한 공간을 형성한다. 따라서, 도시된 실시예에서, 배터리 팩 하우징은 8개의 배터리 모듈(16) 및 BMS를 포함한다.
배터리 모듈(16)이 배터리 팩(12)에 배치되고, 커버 부분(40)이 컨테이너 부분(22)에 고정될 때, 각각의 배터리 모듈(16)은 배터리 모듈의 길이 치수가 배터리 팩 하우징(12)의 세로축(29)과 평행하게 되도록 한 쌍의 베이스 레일(32)과 대응하는 쌍의 커버 레일(42) 사이에 위치된다. 인접한 베이스 레일(32) 사이의 그리고 인접한 커버 레일(42) 사이의 간격이 배터리 모듈 하우징(14)의 폭에 대응하기 때문에, 각각의 배터리 모듈(16)은 레일(32, 42)에 의해 횡방향으로 이동하지 못하게 된다. 게다가, 배터리 모듈(16)의 대향 측(63, 65)의 제 1 쌍의 핀(68a, 68b)은 인접한 커버 레일(42)의 대응하는 쌍의 슬롯(36) 내에 수용되고, 배터리 모듈(16)의 대향 측(63, 65)의 제 2 쌍의 핀(68c, 68d)은 인접한 베이스 레일(36)의 대응하는 쌍의 슬롯(36) 내에 수용되며, 이에 의해 각각의 베터리 모듈(16)은 높이 방향으로 세로로 이동하거나 이동하지 못하게 된다.
도 8을 참조하면, 슬롯(36)은 횡방향으로 정렬된 2개의 핀(68)을 수용하고 지지하는데 충분한 슬롯 폭(ws)을 갖는다. 특히, 각각의 슬롯(36)은 베이스 레일(30)의 제 1 인접 측 표면(33)을 따라 배치된 제 1 모듈(16(1))로부터 제 1 핀(68(1)), 및 베이스 레일(30)의 제 2 인접 측 표면(35)을 따라 배치된 제 2 모듈(16(2))로부터 제 2 핀(68(2))을 수용할 수 있다.
도시된 실시예에서, 슬롯(36)의 시트 부분(37) 및 핀(68)은 원형 형상을 갖고 형성된다. 그러나, 다른 핀(68) 및 슬롯(36)은 다른 형상을 갖고 형성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 일 대안적인 슬롯(36')은 챔퍼처리된 가이드 부분(38') 및 평평한 시트 부분(37')을 포함할 수 있다. 대응하는 대안적인 핀(68')은 각진 측(74) 및 평평한 베이스(76)를 포함하는 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있고, 이는 대안적인 슬롯(36')의 형상에 대응하도록 형성되고 설계된다.
도시된 실시예에서, 커버 부분(40)은 4개의 커버 레일(42)을 포함하고 컨테이너 부분(22)의 베이스(23)는 대응하는 4개의 베이스 레일(32)을 포함한다. 그러나, 커버 레일(42) 및 베이스 레일(32)의 수는 4개로 제한되지 않고, 더 적거나 더 많은 수의 배터리 모듈(16)이 배터리 팩(10) 내에 저장되는 것을 허용하도록 변경될 수 있다.
배터리 팩(10)이 배터리 팩 하우징(12) 상에 제공된 한 세트의 슬롯된 레일(32, 42) 및 배터리 모듈 하우징(14) 상에 제공된 대응하는 핀(68)을 포함하는 것으로서 설명될지라도, 배터리 모듈 하우징(14)이 배터리 팩 하우징(12) 상에 형성된 핀과 협력적으로 맞물리도록 구성되는 슬롯을 갖고 형성되는 일 대안적인 실시예가 고려된다.
모듈 하우징(14)이 안전장치(66, 67)를 포함하는 것으로서 설명될지라도, 모듈 하우징(14)은 이 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 모듈 하우징(14)은 안전장치(66, 67) 없이 형성되고, 핀(68)은 안전장치 없는 모듈 하우징의 외부 표면 상에 형성된다.
배터리 모듈(16)을 구성하는 셀(20)이 본 명세서에서 각기둥 형상을 갖는 것으로서 설명될지라도, 셀(20)은 이 형상으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 셀(20)은 원형, 타원형, 파우치(pouch) 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
배터리 모듈(16)을 구성하는 셀이 본 명세서에서 리튬 이온 셀인 것으로서 설명될지라도, 셀은 이 유형으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 셀(20)은 알카라인, 알루미늄 이온, 니켈 금속 수소화물, 니켈 카드뮴 또는 다른 유형의 셀일 수 있다.
모듈 하우징(14)의 외부 표면 상의 핀(68)과 배터리 팩 하우징(12)의 내부 표면 상의 슬롯(36) 사이의 협력적 맞물림은 배터리 팩 하우징(12) 내에 모듈 하우징(14)을 장착하기 위한 위치결정 및 안전장치 시스템을 제공한다. 유사한 위치결정 및 안전장치 시스템이 셀 하우징의 외부 표면 상의 핀 또는 슬롯 중 하나, 및 모듈 하우징(14)의 내부 표면 상의 핀 또는 슬롯 중 다른 하나를 제공함으로써, 모듈 하우징(14) 내에 개별적인 셀을 고정하기 위해 이용될 수 있음이 고려된다.
배터리 팩의 선택적인 예시적인 실시예가 일부 상세하게 상기 설명된다. 배터리 팩을 명확하게 하기 위해 필요한 고려된 구조만이 본 명세서에서 설명되었음이 이해되어야 한다. 다른 종래의 구조, 및 배터리 팩의 부수 그리고 보조 구성요소의 구조는 당업자에 의해 공지되고 이해되는 것으로 가정된다. 게다가, 배터리 팩의 동작 예가 상기 설명되었을지라도, 배터리 팩은 상기 설명된 동작 예로 제한되지 않지만, 다양한 설계 변경은 청구항에 제시된 바와 같이 디바이스로부터 벗어나지 않고 실행될 수 있다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩에 있어서:
    제 1 측과, 상기 제 1 측과 평행한 제 2 측으로서, 상기 제 1 측의 내부 표면은 상기 제 2 측의 내부 표면에 대향하고 상기 제 2 측의 내부 표면으로부터 이격되는, 상기 제 2 측을 포함하는 배터리 팩 하우징(battery pack housing),
    상기 제 1 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 1 레일(rail)로서, 제 1 표면 피쳐(feature)를 포함하는, 상기 제 1 레일,
    상기 제 2 측의 내부 표면으로부터 돌출되는 제 2 레일로서, 제 2 표면 피쳐를 포함하는, 상기 제 2 레일,
    상기 제 1 측과 상기 제 2 측 사이에 상주하도록 상기 배터리 팩 하우징에 배치된 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈은,
    모듈 하우징으로서, 상기 모듈 하우징의 외부 표면은 제 3 표면 피쳐 및 제 4 표면 피쳐를 포함하는, 상기 모듈 하우징, 및
    상기 모듈 하우징 내에 배치된 전기화학 셀을 포함하고,
    상기 제 1 표면 피쳐 및 상기 제 2 표면 피쳐는 돌출부 및 슬롯 중 하나를 포함하고,
    상기 제 3 표면 피쳐 및 상기 제 4 표면 피쳐는 상기 돌출부 및 상기 슬롯 중 다른 하나를 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 돌출부를 수용하고 지지하도록 형성되고 설계되고(dimensioned),
    상기 돌출부는 상기 슬롯에 배치되고,
    상기 모듈 하우징은 상기 제 3 표면 피쳐와의 상기 제 1 표면 피쳐의 맞물림, 및 상기 제 4 표면 피쳐와의 상기 제 2 표면 피쳐의 맞물림을 통해 상기 배터리 팩 하우징에 대해 위치되고 유지되고,
    상기 제 1 표면 피쳐 및 상기 제 2 표면 피쳐는 상기 제 1 측의 내부 표면에 수직인 방향으로 정렬되고,
    상기 제 1 표면 피쳐는 상기 제 2 측의 내부 표면에 대향하여 개방하는 제 1 슬롯이고, 상기 제 2 표면 피쳐는 상기 제 1 측의 내부 표면에 대향하여 개방하는 제 2 슬롯이고,
    상기 배터리 팩 하우징 제 1 측은 복수의 평행하고 이격된 제 1 레일을 포함하고, 각각의 제 1 레일은 제 1 표면 피쳐를 포함하고, 상기 배터리 팩 하우징 제 2 측은 복수의 제 2 레일을 포함하며, 각각의 제 2 레일은 상기 제 1 레일 중 하나에 따라 정렬되고,
    상기 제 1 레일은 상기 제 1 측의 내부 표면과 평행하고 상기 제 1 측의 내부 표면으로부터 이격되는 제 1 지지 표면을 포함하고, 상기 제 1 슬롯은 상기 제 1 지지 표면에서 개방하고,
    상기 제 2 레일은 상기 제 2 측의 내부 표면과 평행하고 상기 제 2 측의 내부 표면으로부터 이격되는 제 2 지지 표면을 포함하며, 상기 제 2 슬롯은 상기 제 2 지지 표면에서 개방하는, 상기 배터리 팩에 있어서,
    상기 제 1 슬롯은 시트 부분(seat portion) 및 상기 시트 부분과 상기 제 1 지지 표면 사이에 배치되는 챔퍼처리된 가이드 부분(chamfered guide portion)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯 및 상기 제 2 슬롯은 상기 돌출부의 외부 표면의 형상에 따르도록 형성되는, 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 표면 피쳐는 상기 제 1 슬롯에 배치된 돌출부이고, 상기 제 4 표면 피쳐는 상기 제 2 슬롯에 배치된 돌출부인, 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯은 상기 제 1 레일의 인접 측 표면 및 상기 제 1 지지 표면과 교차하고, 상기 인접 측 표면은 상기 제 1 측의 내부 표면과 상기 제 1 지지 표면 사이로 연장하는, 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부분은 상기 챔퍼처리된 부분 및 상기 제 1 지지 표면의 교차 지점에 대응하는 위치에서의 대향 슬롯 표면 사이의 최대 간격, 및 상기 챔퍼처리된 부분 및 상기 시트 부분의 교차 지점에 대응하는 위치에서의 대향 슬롯 표면 사이의 최소 간격을 갖도록 챔퍼처리되는, 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시트 부분은 상기 돌출부의 외부 표면의 형상에 따르도록 형성되는, 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 상기 배터리 팩 하우징 제 1 측을 가로지르는 모듈 제 1 측, 및 상기 모듈 제 1 측에 대향된 모듈 제 2 측을 포함하고, 상기 제 3 표면 피쳐는 상기 모듈 제 1 측 상에 형성되며 상기 제 4 표면 피쳐는 상기 모듈 제 2 측 상에 형성되는, 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 하우징은 상기 제 1 측을 포함하는 분리가능한 커버, 및 상기 제 2 측을 포함하는 컨테이너 부분을 포함하고, 상기 커버는 상기 컨테이너 부분 상에 지지되어 빈 컨테이너를 형성하도록 구성되는, 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 하우징은,
    상기 제 1 측의 내부 표면으로부터 돌출되고 상기 제 1 레일로부터 이격되는 제 3 레일,
    상기 제 2 측의 내부 표면으로부터 돌출되고 상기 제 2 레일로부터 이격되는 제 4 레일을 포함하고,
    상기 모듈 하우징은 상기 제 1 레일과 상기 제 3 레일 사이에, 그리고 상기 제 2 레일과 상기 제 4 레일 사이에 배치되는, 배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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