KR102211575B1 - 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩 - Google Patents

전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
KR102211575B1
KR102211575B1 KR1020160170192A KR20160170192A KR102211575B1 KR 102211575 B1 KR102211575 B1 KR 102211575B1 KR 1020160170192 A KR1020160170192 A KR 1020160170192A KR 20160170192 A KR20160170192 A KR 20160170192A KR 102211575 B1 KR102211575 B1 KR 102211575B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
pack
battery modules
pack housing
modules
Prior art date
Application number
KR1020160170192A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180068473A (ko
Inventor
노태환
권유나
김성곤
김태혁
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020160170192A priority Critical patent/KR102211575B1/ko
Publication of KR20180068473A publication Critical patent/KR20180068473A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102211575B1 publication Critical patent/KR102211575B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 전열 시트의 하부 및 후열 시트의 하부 공간에 장착되는 전지팩으로서, 충방전이 가능한 전지셀 다수 개를 포함하고, 하기 팩 하우징과 베이스 플레이트 사이의 공간에 장착되며, 둘 이상 배열되어 있는 전지모듈들; 전지모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate); 최외측 전지모듈들 중에서 하나의 전지모듈의 외측에 인접하여 장착되는 BMS(battery management system); 및 전지모듈들과 BMS를 감싸면서 하단 외주변이 베이스 플레이트에 결합되어 있는 팩 하우징;을 포함하고, 상기 팩 하우징은 일측 단부가 지면 방향으로 하향 만입되어 단차 구조를 형성하는 단차 만입부를 포함하고 있고, 상기 전지모듈들 중에서 팩 하우징의 단차 만입부에 대응하는 위치에 장착되는 전지모듈은 전지셀 적층 배열 구조가 나머지 전지모듈의 전지셀 적층 배열 구조와 서로 다른 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩 {Battery Pack Having Hybrid Structure Based on Horizontal Stacking and Vertical Stacking of Battery Modules}
본 발명은 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 이차전지를 동력원으로 하는 전기 자동차의 경우, 보통 차량의 전열 시트 및/또는 후열 시트의 하부 공간에 복수의 전지셀들로 구성되어 있는 전지모듈 또는 전지팩을 장착하게 된다.
이와 같은 전지모듈 또는 전지팩은 일반적으로 전지셀들이 90 도로 수평 또는 수직으로 적층되어 육면체 구조로 이루어져 있다.
그러나, 이와 같은 전지모듈 또는 전지팩의 후열 시트의 하부에 장착되는 부분만은 탑승인의 발이 놓이는 공간을 확보하기 위해서, 전지셀의 치수를 바꾸거나, 모듈 또는 팩 내에 장착되는 다른 전장부품의 위치 및 기구부의 설계를 변경해야 하는 소요가 발생함에 따라, 제조 공정이 복잡해지고 제조 시간이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전기 자동차의 동력원으로 장착되는 전지로서, 설계가 용이하고 탑승인을 위한 공간 활용성이 증대된 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
전기 자동차의 전열 시트의 하부 및 후열 시트의 하부 공간에 장착되는 전지팩으로서,
충방전이 가능한 전지셀 다수 개를 포함하고, 하기 팩 하우징과 베이스 플레이트 사이의 공간에 장착되며, 둘 이상 배열되어 있는 전지모듈들;
전지모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate);
최외측 전지모듈들 중에서 하나의 전지모듈의 외측에 인접하여 장착되는 BMS(battery management system); 및
전지모듈들과 BMS를 감싸면서 하단 외주변이 베이스 플레이트에 결합되어 있는 팩 하우징;
을 포함하고 있을 수 있고,
상기 팩 하우징은 일측 단부가 지면 방향으로 하향 만입되어 단차 구조를 형성하는 단차 만입부를 포함하고 있고, 상기 전지모듈들 중에서 팩 하우징의 단차 만입부에 대응하는 위치에 장착되는 전지모듈은 전지셀 적층 배열 구조가 나머지 전지모듈의 전지셀 적층 배열 구조와 서로 다른 것으로 이루어져 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈들 중에서 팩 하우징의 단차 만입부에 대응하는 위치에 장착되는 전지모듈은 전지셀 적층 배열 구조가 나머지 전지모듈의 전지셀 적층 배열 구조와 서로 다름으로써, 설계가 용이하고 전기 자동차 내에서 탑승인을 위한 공간 활용성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 단차 만입부의 전지모듈은 전지셀들이 지면에 대해 수평으로 적층되어 있는 배열 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 예에서, 상기 전지모듈들은, 단차 만입부를 제외한 팩 하우징의 나머지 부위에 장착되어 있는 하나 이상의 제 1 전지모듈과, 팩 하우징의 단차 만입부에 장착되어 있는 하나 이상의 제 2 전지모듈로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 전지모듈은 판상형의 전지셀들이 지면에 대해 수직으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지고 있을 수 있고, 상기 제 2 전지모듈은 판상형의 전지셀들이 지면에 대해 수평으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지고 있을 수 있다.
또한, 상기 제 2 전지모듈은 제 1 전지모듈의 높이 보다 상대적으로 낮은 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 제 1 전지모듈과 제 2 전지모듈은 동일한 개수의 전지셀들로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지모듈의 하나의 실시예에서, 상기 전지모듈들 각각은,
측면이 인접하여 배열되어 있는 복수의 판상형의 전지셀들;
전지셀들이 2단위로 장착되는 전지셀 수납부가 형성되어 있고, 전지셀들이 장착된 상태에서 전지셀들의 배열 방향으로 적층되어 있는 복수의 카트리지들; 및
카트리지들 중에서 최외곽에 위치하는 카트리지들의 외면에 각각 장착되어 있는 엔드 플레이트들;
을 포함하고 있을 수 있다.
상기 단차 만입부의 하나의 구체적인 예로서, 상기 팩 하우징의 단차 만입부는 팩 하우징의 전체 길이의 20% 내지 40%의 길이로 형성되어 있을 수 있다.
상기 단차 만입부가 팩 하우징의 전체 길이의 20% 미만일 경우에는, 전기 자동차의 탑승인을 위한 공간을 소망하는 만큼 확보할 수 없다. 반면에, 상기 단차 만입부가 팩 하우징의 전체 길이의 40% 를 초과하는 경우에는 팩 하우징 내에 장착될 수 있는 전지모듈의 수가 줄어들어 전지팩의 전체 용량이 저하될 수 있다.
또한, 상기 팩 하우징의 단차 만입부는 팩 하우징의 전체 높이의 40% 내지 80%의 길이로 형성되어 있을 수 있다.
상기 단차 만입부가 팩 하우징의 전체 높이의 40% 미만일 경우에는, 팩 하우징 내에 장착될 수 있는 전지셀의 수가 줄어들어 전지팩의 전체 용량이 저하될 수 있다. 반면에, 상기 단차 만입부가 팩 하우징의 전체 높이의 80% 를 초과하는 경우에는 전기 자동차의 탑승인을 위한 공간을 소망하는 만큼 확보할 수 없다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지팩은 2개 이상의 제 1 전지모듈들을 포함하고 있고, 상기 제 1 전지모듈들은 전지모듈의 상단에서 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제 1 전지모듈들의 연결 부위 중에서 적어도 하나에는 서비스 플러그(Service Plug)가 장착되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 팩 하우징은 서비스 플러그에 대응하는 위치에 서비스 플러그가 팩 하우징의 외부로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 베이스 플레이트의 일측인 전면과 타측인 후면에는 각각 외벽이 위치하고, 상기 외벽에는 각각 외부 입출력 단자가 위치해 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지팩은,
상기 전지모듈들의 상단에 장착되어 전압을 검출하는 센싱 어셈블리; 및
상기 전지모듈들을 지지할 수 있도록, 전지모듈들의 상단에 배열 방향으로 장착되어 있는 한 쌍의 텐션 바들(tension bars);
을 추가로 포함하고 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 동력원으로 포함하는 전기 자동차를 제공한다.
구체적으로, 상기 전기 자동차는 후열 시트의 하부 공간에 단차 만입부가 위치하도록 전지팩이 장착되어 있을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈들 중에서 팩 하우징의 단차 만입부에 대응하는 위치에 장착되는 전지모듈은 전지셀 적층 배열 구조가 나머지 전지모듈의 전지셀 적층 배열 구조와 서로 다름으로써, 설계가 용이하고 전기 자동차 내에서 탑승인을 위한 공간 활용성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 측면도이다;
도 2는 도 1의 팩 하우징이 제거된 전지팩의 측면도이다;
도 3은 도 1의 전지팩의 상면도이다; 및
도 4는 도 1의 전지팩의 후면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 전지팩의 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 팩 하우징이 제거된 전지팩의 측면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1의 전지팩의 상면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1의 전지팩의 후면도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전지팩(100)은 전지모듈들(110, 120), 팩 하우징(130), 베이스 플레이트(140), BMS(150), 센싱 어셈블리(도시하지 않음) 및 텐션 바(170)들을 포함하고 있다.
전지모듈들은 전지셀(101) 다수 개를 포함하는 구조로 이루어져 있고, 팩 하우징(130)과 베이스 플레이트(140) 사이의 공간에 장착된다.
전지모듈(120, 130)들 중 최외측에 위치하는 전지모듈(110)에는 BMS(150)가 외측에 인접하여 장착되어 있다.
팩 하우징(130)은 전지모듈들(110, 120)과 BMS(150)를 감싸면서 하단 외주변이 베이스 플레이트(140)에 결합되어 있다.
팩 하우징(130)은 단부가 지면 방향으로 하향 만입되어 단차 구조를 형성하는 단차 만입부(131)를 포함하고 있다.
단차 만입부(131)는 팩 하우징(130)의 전체 길이(L1)의 30%의 길이(L2)로 형성되어 있고, 팩 하우징(130)의 전체 높이(H1)의 60%의 높이(H2)로 형성되어 있다.
전지모듈들(110, 120)은, 단차 만입부(131)를 제외한 팩 하우징(130)의 나머지 부위에 장착되어 있는 하나 이상의 제 1 전지모듈(110)과, 팩 하우징(130)의 단차 만입부(131)에 장착되어 있는 하나 이상의 제 2 전지모듈(120)로 이루어져 있다.
제 1 전지모듈(110)은 판상형의 전지셀(101)들이 지면에 대해 수직으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지고 있고, 제 2 전지모듈(120)은 판상형의 전지셀(101)들이 지면에 대해 수평으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지고 있다.
제 2 전지모듈(120)은 제 1 전지모듈(110)의 높이(H3) 보다 상대적으로 낮은 높이(H4)로 이루어져 있고, 제 1 전지모듈(110)과 제 2 전지모듈(120)은 동일하게 9개수 전지셀(101)들로 이루어져 있다.
제 1 전지모듈(110)들은 전지모듈(110)의 상단에서 전기적으로 연결되어 있으며, 제 1 전지모듈(110)들의 연결 부위 중에서 적어도 하나에는 서비스 플러그(180)가 장착되어 있고, 팩 하우징(130)은 서비스 플러그(180)에 대응하는 위치에 서비스 플러그(180)가 팩 하우징(130)의 외부로 노출될 수 있도록 개구(132)가 형성되어 있다.
베이스 플레이트(140)의 일측인 전면과 타측인 후면에는 각각 외벽(190)이 위치하고, 외벽(190)에는 각각 외부 입출력 단자(191)가 위치해 있다.
또한, 전지팩(100)은 전지모듈(110)들의 상단에는 전압을 검출하는 센싱 어셈블리가 추가로 장착되어 있고, 전지모듈(110)들을 지지할 수 있도록, 한 쌍의 텐션 바(170)들이 전지모듈(110)들의 상단에 배열 방향으로 장착되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전기 자동차의 후열 시트의 하부 공간에 장착되는 전지팩으로서,
    충방전이 가능한 전지셀 다수 개를 포함하고, 하기 팩 하우징과 베이스 플레이트 사이의 공간에 장착되며, 둘 이상 배열되어 있는 전지모듈들;
    전지모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트(base plate);
    최외측 전지모듈들 중에서 하나의 전지모듈의 외측에 인접하여 장착되는 BMS(battery management system); 및
    전지모듈들과 BMS를 감싸면서 하단 외주변이 베이스 플레이트에 결합되어 있는 팩 하우징;
    을 포함하고,
    상기 팩 하우징은, 상기 전기 자동차의 후열 시트 하부에 탑승인의 발이 놓이는 공간인 레그룸에서 일측 단부가 지면 방향으로 하향 만입되어 단차 구조를 형성하는 단차 만입부를 포함하고 있고,
    상기 전지모듈들은,
    단차 만입부를 제외한 팩 하우징의 나머지 부위에 장착되고, 판상형의 전지셀들이 지면에 대해 수직으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지는 하나 이상의 제 1 전지모듈, 및
    팩 하우징의 단차 만입부에 장착되어 있고, 판상형의 전지셀들이 지면에 대해 수평으로 인접하여 적층되어 있는 배열 구조를 가지는 하나 이상의 제 2 전지모듈을 포함하고,
    상기 제 2 전지모듈의 전지셀들이 적층된 높이를, 제 1 전지모듈의 수직 길이보다 낮게 형성하여, 상기 제 2 전지모듈 상부에 위치한 상기 레그룸 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전지모듈과 제 2 전지모듈은 동일한 개수의 전지셀들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들 각각은,
    측면이 인접하여 배열되어 있는 복수의 판상형의 전지셀들;
    전지셀들이 2단위로 장착되는 전지셀 수납부가 형성되어 있고, 전지셀들이 장착된 상태에서 전지셀들의 배열 방향으로 적층되어 있는 복수의 카트리지들; 및
    카트리지들 중에서 최외곽에 위치하는 카트리지들의 외면에 각각 장착되어 있는 엔드 플레이트들;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 하우징의 단차 만입부는 팩 하우징의 전체 길이의 20% 내지 40%의 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 하우징의 단차 만입부는 팩 하우징의 전체 높이의 40% 내지 80%의 높이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 2개 이상의 제 1 전지모듈들을 포함하고 있고, 상기 제 1 전지모듈들은 전지모듈의 상단에서 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제 1 전지모듈들의 연결 부위 중에서 적어도 하나에는 서비스 플러그(Service Plug)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 팩 하우징은 서비스 플러그에 대응하는 위치에 서비스 플러그가 팩 하우징의 외부로 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 일측인 전면과 타측인 후면에는 각각 외벽이 위치하고, 상기 외벽에는 각각 외부 입출력 단자가 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은,
    상기 전지모듈들의 상단에 장착되어 전압을 검출하는 센싱 어셈블리; 및
    상기 전지모듈들을 지지할 수 있도록, 전지모듈들의 상단에 배열 방향으로 장착되어 있는 한 쌍의 텐션 바들(tension bars);
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
  15. 삭제
KR1020160170192A 2016-12-14 2016-12-14 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩 KR102211575B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160170192A KR102211575B1 (ko) 2016-12-14 2016-12-14 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160170192A KR102211575B1 (ko) 2016-12-14 2016-12-14 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180068473A KR20180068473A (ko) 2018-06-22
KR102211575B1 true KR102211575B1 (ko) 2021-02-03

Family

ID=62768543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160170192A KR102211575B1 (ko) 2016-12-14 2016-12-14 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102211575B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120136923A (ko) * 2011-06-10 2012-12-20 현대자동차주식회사 전기자동차의 배터리 냉각구조
KR101750470B1 (ko) * 2014-05-08 2017-06-26 주식회사 엘지화학 노이즈 저감 부재를 포함하는 전지팩

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180068473A (ko) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10522803B2 (en) Battery pack including coupling member having assembling guide function
US10553844B2 (en) Battery pack having hold down bracket
EP3333936B1 (en) Battery pack comprising battery modules mounted in two layers
KR102158257B1 (ko) 탄소 발열체를 포함하는 전지팩
KR101617423B1 (ko) 계단 구조의 하이브리드 전극조립체
KR102179681B1 (ko) 측면 냉각 방식의 냉각 부재를 포함하는 전지팩
KR20160118586A (ko) 이종 공극의 다층구조 전극 및 그 제조방법
KR20180107900A (ko) 전지케이스의 외형 변형이 적은 이차전지셀
KR102170100B1 (ko) 전극조립체를 구성하는 분리막의 기공 내에 겔화 전해액 성분을 포함하고 있는 전지셀
KR102144883B1 (ko) 슬라이딩 방식의 전지셀 이송 장치
KR102205313B1 (ko) 전지셀 고정용 탄성 프레임을 포함하는 전지모듈
KR102101907B1 (ko) 대칭 구조로 장착된 전지모듈들을 포함하는 전지팩
US20180337408A1 (en) Electrode including electrode current collector with three-dimensional network structure
KR102082467B1 (ko) 집전체 중심 부위에 높은 활물질 로딩량을 가지는 전극을 포함하는 전극조립체
KR102211576B1 (ko) 규격화된 구조의 셀 프레임들을 포함하는 전지모듈
US10720628B2 (en) Battery module including cooling pin having fixing protrusions formed thereon
KR102253784B1 (ko) 장시간 사용에 대한 구조적 안정성이 향상된 전지모듈
KR102261649B1 (ko) 단위셀의 위치에 따라 기공률이 상이한 전극을 포함하는 전극조립체
KR102201630B1 (ko) 전지케이스의 외형 변형이 적은 전지셀
KR20160087999A (ko) 접촉 저항이 낮은 버스 바 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈
KR20160087141A (ko) 방열을 촉진하기 위한 개구부를 포함하는 전지셀 카트리지 및 이를 포함하는 전지모듈
WO2013157853A1 (ko) 성능이 우수한 리튬 이차전지
KR102026292B1 (ko) 활물질 로딩량의 구배를 가진 전극을 포함하는 전극조립체
KR102211575B1 (ko) 전지모듈의 수평 적층 및 수직 적층의 복합 구조를 갖는 전지팩
CN109906528B (zh) 制造适于高负载的二次电池的电极的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant