KR102203830B1 - 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법 - Google Patents

바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈이 탑재되는 트레이와, 이 트레이의 바닥면에 설치되는 복수개의 트레이 단자와, 복수개의 트레이 단자를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결하는 연결 배선과, 복수개의 배터리 모듈에 각각 구비되어 상기 트레이 단자와 접속되는 배터리 단자를 포함하여 구성됨으로써, 배터리 모듈을 트레이에 배치하는 과정에서 단자 접속이 이루어지게 되어, 조립 작업이 용이하고, 접속 구조의 신뢰성도 높아지며, 로봇 등을 이용한 자동 조립 생산도 가능해지는 효과를 제공한다.

Description

바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법{Battery pack having tray of bottom connection type and manufacturing method thereof}
본 발명은 전기 자동차 등에 이용되는 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히 트레이에 다수의 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 배터리 모듈로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
특히, 전기 자동차 등은 고출력의 전기 에너지가 사용하게 되므로, 차량 한대 당 상당량의 배터리 모듈을 필요로 한다. 따라서 배터리 모듈들은 트레이라는 받침대에 정렬되고, 케이스 내에 탑재되어 배터리 팩을 구성하게 된다.
트레이에 탑재된 배터리 모듈들은 와이어 하니스(wire harness) 등의 연결 배선을 통해 전기적으로 상호 연결되고, 외부의 제어 회로 및 전기 공급 회로와도 연결된다.
하지만, 트레이에 탑재되는 배터리 모듈을 정렬하고, 배터리 모듈을 배선을 이용하여 연결하는 작업이 대부분 수작업으로 이루어지고 있기 때문에 트레이에 탑재되는 다수의 배터리 모듈과 와이어 하니스 및 연결 단자를 보다 간편하고, 효율적으로 연결할 수 있는 조립 구조 및 공정이 요구되고 있다.
일본 등록특허 05321554호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 모듈을 트레이에 배치하는 과정에서 단자 접속이 이루어지도록 하여, 조립 작업이 보다 용이하고, 접속 구조의 신뢰성을 높일 수 있으며, 자동 조립 생산도 가능해지도록 하는 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈이 탑재되는 트레이와; 상기 트레이의 바닥면에 설치되는 복수개의 트레이 단자와; 상기 복수개의 트레이 단자를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결하는 연결 배선과; 상기 복수개의 배터리 모듈에 각각 구비되어 상기 트레이 단자와 접속되는 배터리 단자를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 트레이 단자는 상기 트레이의 바닥면에 돌출되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 트레이 단자는 상기 트레이의 바닥면에서 상기 각 배터리 모듈이 놓이는 위치에 각각 구성되는 것이 바람직하다.
상기 트레이 단자와 상기 배터리 단자는 암수 결합 방식으로 상호 결합될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 트레이 단자와 상기 연결 배선은 판형 구조를 갖는 회로판에 구성되고, 상기 회로판은 상기 트레이의 바닥면에 결합되게 구성될 수 있다.
상기 연결 배선은 상기 트레이에 매립되는 방식으로 구성될 수 있다.
상기 배터리 단자는 상기 배터리 모듈의 밑면에 구성되는 것이 바람직하다.
다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 트레이의 바닥면에 복수개의 트레이 단자들을 구성하고, 상기 복수개의 트레이 단자를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결될 수 있도록 연결 배선을 설치하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에 상기 트레이의 바닥면에 상기 복수개의 배터리 모듈을 설치하되, 각 배터리 모듈에 구성된 배터리 단자를 상기 각 트레이 단자에 연결하여 상기 트레이에 상기 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 제 2 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 단계에서 트레이 단자들은 트레이 바닥면에서 돌출된 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 단계에서 상기 연결 배선은 상기 트레이를 사출 성형할 때 인서트 사출 방식으로 설치될 수 있다.
상기 제 1 단계에서 상기 트레이 단자 및 상기 연결 배선은 회로판에 함께 구성되어 상기 트레이 상부에 설치될 수 있다.
상기 제 2 단계에서 상기 각 배터리 모듈을 설치할 때 상기 트레이 단자가 배터리 단자에 삽입되는 방식으로 결합되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 단계는 로봇을 이용하여 상기 트레이에 상기 배터리 모듈을 안착시키면서 상기 배터리 단자와 트레이 단자를 결합시켜 자동 조립될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 및 이것의 제조 방법은, 트레이의 바닥면에 배터리 모듈의 단자 접속 구조가 구성되기 때문에 트레이에 배터리 모듈을 조립하는 과정에서 단자 접속이 이루어지도록 하여, 조립 작업이 보다 용이하고, 단자 접속 구조의 신뢰성도 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 트레이에 배터리 모듈을 안착시키는 과정에서 단자 접속이 이루어지기 때문에 로봇 등을 이용한 자동 조립 생산도 가능해지고, 자동 조립 생산에 따라 배터리의 생산성 및 수율도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 주요부 상세도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 종단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 종단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 종단면 구성도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 가능한 반복 설명은 생략하고자 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 도면들로서, 도 1은 사시도, 도 2는 일부 분해 사시도, 도 3은 주요부 상세도, 도 4는 종단면 구성도이다. 참고로 도 2에서는 편의상 하나의 배터리 모듈만을 나타내었다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 트레이(10), 이 트레이(10)에 탑재되는 복수개의 배터리 모듈(20), 이 배터리 모듈(20)들을 상호 연결하거나 외부 회로와 연결하는 연결 배선(30)을 포함하여 구성된다.
트레이(10)는 바닥면이 평면 구조를 갖도록 형성되고, 가장자리 둘레 부분에는 일정 높이의 벽면(12)이 세워진 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 트레이(10)는 배터리 모듈(20)이 탑재된 상태에서 상부에 배터리 커버(미도시) 등 외곽 구조물이 씌워지게 구성될 수 있다.
도면에 도시된 트레이(10)는 하나의 예시 도면이며, 다수의 배터리 모듈(20)을 탑재하여 지지할 수 있는 구조이면, 실시 조건에 따라 그 구조 및 형상은 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 2를 참조하면, 트레이(10)의 바닥면(11)에는 다수의 배터리 모듈(20)과 연결되는 연결 배선(30)이 구성된다.
연결 배선(30)은 와이어 하니스(wire harness) 배선 구조로 이루어지는 것이 바람직하며, 각각의 배터리 모듈(20)과 외부 회로인 배터리관리시스템(BMS, Battery Management System) 및 전원차단유닛(BDU, Battery Disconnection Unit) 등을 상호 연결하는 기능을 하게 된다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 연결 배선(30)은 트레이(10)에 바닥면(11)에 매립되는 방식으로 구성된다. 연결 배선(30)의 매립 방식은 트레이(10)를 사출 성형하는 과정에서 인서트 사출 방식을 통해 트레이(10)의 바닥면(11)에 내재되게 구성할 수 있다.
이러한 연결 배선(30)의 회로 배치 구조는 트레이(10)에 탑재되는 배터리 모듈(20)의 배치 구조에 따라 적절하게 설정하여 구성하는 것이 바람직하다.
이제, 트레이(10)에 구성되는 연결 배선(30)과 각각의 배터리 모듈(20)의 접속 구조에 대하여 설명한다.
트레이(10)의 바닥면(11) 상부에는 트레이 단자(15)들이 돌출되게 구성된다.
이러한 트레이 단자(15)들은 트레이(10)의 바닥면(11)에 구성되는 연결 배선(30)과 전기적으로 연결되게 구성된다.
트레이 단자(15)들의 노출 위치는 트레이(10)의 바닥면에 각 배터리 모듈(20)이 놓이는 위치에 맞게 배치되어 구성된다. 즉, 도면에 예시된 바와 같이 배터리 모듈(20)들이 트레이(10)의 상부에 종방향, 횡방향으로 연속 배열되는 방식으로 배치될 경우에, 각 배터리 모듈(20)이 설치되는 위치에 종방향, 횡방향으로 트레이 단자(15)들이 하나씩 또는 필요한 그 이상의 개수로 돌출되게 구성되는 것이다.
그리고, 각각의 배터리 모듈(20)에는 트레이 단자(15)와 접속되는 배터리 단자(25)들이 구성된다.
도 3을 참조하면, 배터리 모듈(20)의 밑면에 배터리 단자(25)가 구성되고, 트레이(10)의 바닥면 상부에 트레이 단자(15)가 구성되어, 배터리 모듈(20)이 트레이(10) 상부에 탑재될 때 배터리 단자(25)가 트레이 단자(15)에 결합되면서 접속되게 구성되는 것이 바람직하다.
트레이 단자(15)와 배터리 단자(25)의 접속 구조는 암수 결합 방식으로 이루어진 커넥터로 구성될 수 있다. 즉, 트레이 단자(15)는 돌출형 커넥터로 구성되고, 배터리 단자(25)는 트레이 단자(15)가 삽입되는 홈형 커넥터로 구성되어, 배터리 모듈(20)을 트레이(10)에 탑재할 때 트레이 단자(15)가 배터리 단자(25)에 삽입되면서 전기적으로 접속되도록 구성될 수 있는 것이다.
이와 반대로 트레이 단자(15)를 홈형 커넥터로 구성하고, 배터리 단자(25)를 돌출형 커넥터로 구성하는 것도 가능하다.
트레이 단자(15)와 배터리 단자(25)의 접속 구조는 상기한 접속 구조 외에 공지의 다양한 전원 접속 구조를 이용하여 전기적으로 연결되게 구성할 수 있다.
한편, 상기 트레이(10)의 상부에는 배터리 모듈(20) 사이에 위치되어 배터리 모듈(20)의 탑재 상태가 안정적으로 유지되도록 지지막(40)이 구성될 수 있다. 지지막(40)은 배터리 모듈(20)의 배치 구조에 따라 도면에 예시된 바와 같이 횡방향 또는 종방향으로 길게 설치되어 구성되는 것이 바람직하다.
또한 트레이(10)의 바닥면(11)은 다수의 요철부 또는 리브가 형성되어 배터리 모듈(20)이 이동하지 않고 안정된 탑재 상태가 유지되도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, 트레이(10)의 바닥면에 복수개의 트레이 단자(15)들을 구성하고, 이 복수개의 트레이 단자(15)를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결될 수 있도록 연결 배선(30)을 구성한다.
이때, 연결 배선(30)은 트레이(10)를 사출 성형 등의 방법으로 제작할 때 내장될 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 트레이(10)를 사출 성형할 때 와이어 하니스(wire harness) 구조를 갖는 연결 배선(30)을 인서트 사출 방식으로 구성하는 것이다. 물론, 인서트 사출 성형할 때 연결 배선(30)에서 트레이 단자(15)와 연결될 부분은 노출된 구조로 형성된다. 그리고, 연결 배선(30)이 구성된 트레이(10)의 바닥면에 트레이 단자(15)들은 돌출된 구조로 배치한다.
다음, 트레이(10)의 바닥면에 복수개의 배터리 모듈(20)을 탑재하여 조립한다. 이때 각 배터리 모듈(20)에 구성된 배터리 단자(25)를 각 트레이 단자(15)에 연결하여 전기적 접속이 이루어지도록 한다.
이때, 트레이 단자(15)와 배터리 단자(25)를 암수 커넥터 구조로 구성할 경우에 각 배터리 모듈(20)을 트레이(10)에 탑재할 때 한쪽 단자가 다른 쪽 단자에 삽입되면서 결합된다.
상기와 같은 조립 제조 방법에 따라 작업자가 직접 트레이(10)에 배터리 모듈(20)을 탑재하면서 단자를 접속시키는 방법으로 배터리 팩을 제조할 수 있다.
이와는 달리, 트레이(10) 바닥면에 트레이 단자(15)가 노출되고, 배터리 모듈(20) 밑면에 배터리 단자(25)가 구성될 경우, 자동 조립 기계 등을 이용하여 트레이(10)에 배터리 모듈(20)을 탑재하게 되면 자동으로 단자 접속이 이루어지고, 이러한 방법을 통해 배터리 팩을 제조할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 배터리 팩(100)을 조립하여 제조할 때 작업자가 일일이 배터리 모듈을 배치하고 단자를 직접 연결하지 않고도, 조립 로봇 등을 이용하여 배터리 모듈(20)을 픽업하여 트레이(10)에 안착시키면서 자동으로 단자를 접속시켜 조립하는 자동화 공정을 통해 배터리 팩을 제작할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 종단면 구성도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩은 연결 배선(30)의 설치 구조를 제외하고는 전술한 제 1 실시예의 구성과 동일 유사하게 구성된다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 연결 배선(30) 설치 구조는, 연결 배선(30)을 트레이(10)에 매립하지 않고, 트레이(10)의 바닥면에서 연결 배선(30)이 지나가는 부분에 홈 구조의 배선 홈(17)을 형성하여, 연결 배선(30)이 배선 홈(17) 내부에 삽입되도록 구성할 수 있다.
배선 홈(17)은 그 상부에 배선 커버(18)를 구성하는 것도 가능하다. 배선 커버(18)는 배선 홈(17)에 연결 배선(30)을 삽입하여 배치한 후에, 상부를 덮어주는 기능을 하게 된다.
이와 같이 트레이(10)의 바닥면에 구성되는 배선 홈(17)은 배터리 팩(100)의 배치 구조 및 연결 배선(30)의 연결 방법에 따라 적절하게 설계하여 구성할 수 있을 것이다.
이외의 구성 부분은 전술한 본 발명의 제 1 실시예의 구성과 동일 또는 유사하게 구성할 수 있으므로, 반복 설명은 생략하고, 동일 구성에 대해서는 도면에 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩이 도시된 종단면 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩은 트레이 단자(15) 및 연결 배선(30)의 설치 구조를 제외하고는 전술한 제 1 실시예의 구성과 동일 유사하게 구성된다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 트레이 단자(15)와 연결 배선(30)이 판형 구조를 갖는 회로판(19)에 함께 구성되고, 이 회로판(19)이 트레이(10)의 바닥면에 결합되는 구성으로 이루어진다. 회로판(19)은 두께가 얇은 판 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 회로판(19)에 연결 배선(30) 및 트레이 단자(15)를 조립하여 구성하거나 인서트 사출 방식으로 구성할 수 있다.
회로판(19)은 판형 구조 또는 격자형 구조 등으로 제작될 수 있는데, 판형 구조의 경우에는 통상의 인쇄회로기판과 같이 연결 배선이 인쇄되고 트레이 단자가 돌출되는 방법으로 제작할 수 있고, 격자형 구조의 경우에는 연결 배선(30)과 트레이 단자(15)가 위치되는 부분만 보호층을 형성하는 방법으로 제작할 수 있다.
이와 같이 구성된 회로판(19)은 트레이(10)에 배터리 모듈(20)을 조립하기 전에 트레이(10)에 결합된다. 이때 트레이(10)의 바닥면과 회로판(19)은 상호 결합되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 회로판(19)에 돌출부(19a)를 구성하여 트레이(10)에 형성된 삽입부(11a)에 삽입하여 조립하는 방식으로 구성할 수 있는 것이다.
회로판(19)이 조립된 트레이(10)에 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에서와 같이 배터리 모듈(20)을 탑재하여 배터리 팩(100)을 제작한다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 트레이 11 : 바닥면
12 : 벽면 15 : 트레이 단자
17 : 배선 홈 18 : 배선 커버
19 : 회로판 20 : 배터리 모듈
25 : 배터리 단자 30 : 연결 배선
40 : 지지막

Claims (13)

  1. 복수개의 배터리 모듈이 탑재되는 트레이와;
    상기 트레이의 바닥면에 설치되는 복수개의 트레이 단자와;
    상기 복수개의 트레이 단자를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결하는 연결 배선과;
    상기 복수개의 배터리 모듈에 각각 구비되어 상기 트레이 단자와 접속되는 배터리 단자를 포함하되,
    상기 연결 배선은 상기 트레이에 매립되어 있으며, 상기 트레이 단자는 상기 트레이의 바닥면에 돌출되게 설치되고, 상기 배터리 단자는 상기 배터리 모듈의 밑면에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 트레이 단자는 상기 트레이의 바닥면에서 상기 각 배터리 모듈이 놓이는 위치에 각각 구성된 것을 특징으로 하는 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 트레이 단자와 상기 배터리 단자는 암수 결합 방식으로 상호 결합될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1, 3 및 4 중 어느 한 항에 기재된 바닥 접속형 트레이를 갖는 배터리 팩 제조 방법으로서,
    트레이의 바닥면에 복수개의 트레이 단자들을 구성하고, 상기 복수개의 트레이 단자를 상호 연결하거나 외부 회로와 연결될 수 있도록 연결 배선을 설치하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 후에 상기 트레이의 바닥면에 상기 복수개의 배터리 모듈을 설치하되, 각 배터리 모듈에 구성된 배터리 단자를 상기 각 트레이 단자에 연결하여 상기 트레이에 상기 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 제 2 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 트레이 단자들은 트레이 바닥면에서 돌출된 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 상기 연결 배선은 상기 트레이를 사출 성형할 때 인서트 사출 방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 상기 트레이 단자 및 상기 연결 배선은 회로판에 함께 구성되어 상기 트레이 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 상기 각 배터리 모듈을 설치할 때 상기 트레이 단자가 배터리 단자에 삽입되는 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 2 단계는 로봇을 이용하여 상기 트레이에 상기 배터리 모듈을 안착시키면서 상기 배터리 단자와 트레이 단자를 결합시켜 자동 조립되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
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