KR102216115B1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀 및 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리를 포함하며, 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리는, 적어도 하나의 배터리 셀의 전방을 커버하는 제1 카트리지 및 적어도 하나의 배터리 셀의 후방을 커버하며, 제1 카트리지와 스냅 결합되는 제2 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들, 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 복수 개의 셀 카트리지들, 복수 개의 셀 카트리지들의 전후를 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트를 포함하여 구성된다. 여기서, 엔드 플레이트와 복수 개의 셀 카트리지들은 복수 개의 배터리 셀들을 안정적으로 고정함과 아울러 셀 스웰링 방지를 위해 테두리 부분에서 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 숄더 볼트 등의 롱 볼트와 클립 등을 통해 체결되면서 복수 개의 배터리 셀들을 가압하여 고정한다.
그러나, 종래의 배터리 모듈에서는, 이러한 롱 볼트와 클립 등이 차지하는 공간으로 인해 전체 모듈 사이즈가 증가할 수 밖에 없어, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 배터리 모듈의 슬림화가 저해되는 문제가 있다.
아울러, 종래의 배터리 모듈에서는, 셀 스웰링 발생 시, 한 쌍의 엔드 플레이트들의 양측을 커버하는 클립의 변형이나 오조립 등이 쉽게 발생되어, 이에 따른 조립성 저하가 빈번히 야기되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현함과 아울러 조립성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀; 및 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리;를 포함하며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전방을 커버하는 제1 카트리지; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 후방을 커버하며, 상기 제1 카트리지와 스냅 결합되는 제2 카트리지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 스냅 결합은, 상기 제1 카트리지와 상기 제2 카트리지의 양측면에서 이루어질 수 있다.
상기 제1 카트리지의 양측면에는, 적어도 하나의 제1 카트리지 스냅 결합부;가 구비되며, 상기 제2 카트리지의 양측면에는, 상기 적어도 하나의 제1 카트리지 스냅 결합부와 스냅 결합되는 적어도 하나의 제2 카트리지 스냅 결합부;가 구비될 수 있다.
상기 제1 카트리지 스냅 결합부는, 복수 개로 마련되며, 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은, 상기 제1 카트리지의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 제2 카트리지 스냅 결합부는, 복수 개로 마련되며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은, 상기 제2 카트리지의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되며, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들과 대향 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은, 스냅 후크로 구비되며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은, 상기 스냅 후크와 스냅 결합되는 스냅 후크 홈으로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은, 스냅 후크 홈으로 구비되며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은, 상기 스냅 후크 홈과 스냅 결합되는 스냅 후크로 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 전방 및 후방을 커버하며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리와 스냅 결합되는 엔드 플레이트 어셈블리;를 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트 어셈블리는, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 전방을 커버하는 제1 엔드 플레이트; 상기 제1 엔드 플레이트의 후방에 배치되며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 후방을 커버하는 제2 엔드 플레이트; 및 상기 제2 엔드 플레이트와 상기 제1 엔드 플레이트를 연결하며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리와 스냅 결합되는 스냅 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 양측면에는, 적어도 하나의 스냅 돌기;가 구비되며, 상기 스냅 플레이트에는, 상기 적어도 하나의 스냅 돌기와 스냅 결합되는 적어도 하나의 스냅 홈;이 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에서 상하 방향을 따라 슬라이딩되면서 상기 스냅 플레이트와 결합될 수 있다.
상기 스냅 플레이트는, 상기 제1 엔드 플레이트의 저부와 상기 제2 엔드 플레이트의 저부를 연결하며, 상기 적어도 하나의 스냅 돌기는, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 양측면 하부에 마련될 수 있다.
상기 셀 카트리지 어셈블리는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들은, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 배치되며, 상기 스냅 홈은, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들과 스냅 결합될 수 있게 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상호 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현함과 아울러 조립성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 배터리 모듈의 셀 카트리지 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3의 배터리 모듈의 엔드 플레이트 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 엔드 플레이트 어셈블리와 셀 카트리지 어셈블리의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 2의 배터리 팩의 터미널 캡 고정 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 자동차의 연료원으로써, 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그 인 하이브리드 자동차 및 기타 상기 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식의 다양한 자동차에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지로서의 배터리 셀을 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은, 배터리 모듈(10), 비엠에스 모듈(50), 히트 싱크(60), 팩 케이스(70) 및 한 쌍의 터미널 단자들(80)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배터리 팩(1)의 이루는 중요한 구성 요소들의 조립체로 이루어질 있다. 상기 배터리 모듈(10)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다.
이러한 상기 배터리 모듈(10)에 대해서는 하기 도 3 내지 도 9를 참조하여 보다 자세히 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 모듈의 사시도이며, 도 4 및 도 5는 도 3의 배터리 모듈의 셀 카트리지 어셈블리를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 3의 배터리 모듈의 엔드 플레이트 어셈블리를 설명하기 위한 도면이며, 도 7 내지 도 9는 도 6의 엔드 플레이트 어셈블리와 셀 카트리지 어셈블리의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 9를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 셀 카트리지 어셈블리(200), 엔드 플레이트 어셈블리(300) 및 아이시비 어셈블리(400)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 복수 개로 구비될 경우 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구비된 것으로 한정하여 설명한다. 상기 파우치형 이차 전지에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 셀 카트리지 어셈블리(200)는 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 상기 셀 카트리지 어셈블리(200)는 적어도 하나 또는 그 이상으로 구비될 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 셀 카트리지 어셈블리(200)가 복수 개로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리(200)는 상기 배터리 팩(1)의 전후 방향에서 상호 적층되는 형태로 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리(200)는 상기 배터리 모듈(10)의 전후 방향을 따라 후술하는 제1 엔드 플레이트(320)와 제2 엔드 플레이트(340) 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 각각의 셀 카트리지 어셈블리(200)는 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 각각의 셀 카트리지 어셈블리(200)가 두 개의 배터리 셀들(100)을 수용하는 것으로 한정하여 설명한다.
각각의 셀 카트리지 어셈블리(200)는, 제1 카트리지(220), 제2 카트리지(240) 및 스냅 돌기(260)를 포함할 수 있다.
상기 제1 카트리지(220)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 전방을 커버할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서, 상기 제1 카트리지(220)는 두 개의 배터리 셀들(100) 중 앞쪽에 배치되는 배터리 셀(100)의 전방을 커버할 수 있다.
이러한 상기 제1 카트리지(220)에는 제1 카트리지 스냅 결합부(225)가 구비될 수 있다.
상기 제1 카트리지 스냅 결합부(225)는 상기 제1 카트리지(220)와 후술하는 제2 카트리지(240)와의 결합을 위한 것으로서, 상기 제1 카트리지(220)의 양측면에 구비될 수 있다.
상기 제1 카트리지 스냅 결합부(225)는 후술하는 제2 카트리지(240)의 제2 카트리지 스냅 결합부(245)와 스냅 결합되며, 이에 대해서는 하기 제2 카트리지(240) 및 제2 카트리지 스냅 결합부(245)의 설명 시 함께 살펴 보겠다.
상기 제2 카트리지(240)는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 후방을 커버할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서, 상기 제2 카트리지(240)는 두 개의 배터리 셀들(100) 중 뒤쪽에 배치되는 배터리 셀(100)의 후방을 커버할 수 있다.
상기 제2 카트리지(240)는 상기 제1 카트리지(220)와 스냅 결합되어 상기 제1 카트리지(220)와 함께 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 두 개의 배터리 셀들(100)을 내부에 수용할 수 있다.
이를 위해, 상기 제2 카트리지(240)에는 제2 카트리지 스냅 결합부(245)가 구비될 수 있다.
상기 제2 카트리지 스냅 결합부(245)는, 상기 제2 카트리지(240)의 양측면에 구비되며, 상기 제1 카트리지(220)의 제1 카트리지 스냅 결합부(225)와 스냅 결합될 수 있다. 상기 스냅 결합은, 앞서 살펴 본 바와 같이, 상기 제2 카트리지(245)와 상기 제1 카트리지(225)의 양측면에서 이루어질 수 있다.
이하, 상기 스냅 결합과 관련하여, 관련 구조를 보다 자세히 살펴 본다.
상기 스냅 결합을 위한, 제2 카트리지 스냅 결합부(245) 및 상기 제1 카트리지 스냅 결합부(225)는, 각각, 복수 개로 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들(225)은 상기 제1 카트리지(220)의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있으며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들(245)은 상기 제2 카트리지(240)의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되며, 상기 배터리 모듈(10)의 전후 방향을 따라 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들(245)과 대향 배치될 수 있다. 이러한 배치를 통해, 상기 제1 카트리지(220)과 상기 제2 카트리지(240)는 상기 스냅 결합을 통해 상기 배터리 모듈(10)의 전후 방향에서 간단히 조립될 수 있다.
상기 스냅 결합과 관련하여, 더 구체적으로 살펴 보면, 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들(225)은 스냅 후크로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들(245)은 상기 스냅 후크로 스냅 결합되는 스냅 후크 홈으로 구비될 수 있다. 반대로, 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들(225)이 스냅 후크 홈으로 구비되며, 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들(245)이 상기 스냅 후크 홈과 스냅 결합되는 스냅 후크로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 아울러, 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들(225) 및 상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들(245)이 스냅 후크와 스냅 후크 홈을 모두 갖는 구조로서, 이들 스냅 후크와 스냅 후크 홈이 지그재그 형태로 배치되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 스냅 돌기(260)는 후술하는 엔드 플레이트(300)와의 결합을 위한 것으로서, 각각의 셀 카트리지 어셈블리(200)의 양측면에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 스냅 돌기(260)는 상기 제1 카트리지(220) 및 상기 제2 카트리지(240)의 양측면 저부에 각각 형성되며, 상기 제1 카트리지(220) 및 상기 제2 카트리지(240)의 결합 시 상호 접촉되게 배치될 수 있다.
상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)는 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)의 전방 및 후방을 모두 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)는 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200) 중 최전방의 셀 카트리지 어셈블리(200)의 전방 및 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200) 중 최후방의 셀 카트리지 어셈블리(200)의 후방을 커버할 수 있다.
이러한 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)는, 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)과 각각 스냅 결합되어 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)을 고정시킬 수 있다.
한편, 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)와 상기 복수 개의 셀 카트리지들(200)의 스냅 결합 시, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)은, 후술하는 제1 엔드 플레이트(320)와 제2 엔드 플레이트(340)에서 상기 배터리 모듈(10)의 상하 방향을 따라 슬라이딩되면서 스냅 결합될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)은 오조립 등을 방지할 수 있게 순차적으로 슬라이딩되면서 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)와 스냅 결합될 수 있다.
이하, 이러한 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)는, 제1 엔드 플레이트(320), 제2 엔드 플레이트(340) 및 스냅 플레이트(360)를 포함할 수 있다.
상기 제1 엔드 플레이트(320)는 적어도 하나의 셀 카트리지, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200) 중 최전방의 셀 카트리지 어셈블리(200)의 전방을 커버할 수 있다.
상기 제2 엔드 플레이트(340)는, 상기 제1 엔드 플레이트(320)의 후방에 배치되며, 적어도 하나의 셀 카트리지, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200) 중 최후방의 셀 카트리지 어셈블리(200)의 후방을 커버할 수 있다.
상기 스냅 플레이트(360)는 상기 제2 엔드 플레이트(340)와 상기 제1 엔드 플레이트(320)를 연결하며, 구체적으로, 상기 제1 엔드 플레이트(320)의 저부와 상기 제2 엔드 플레이트(340)의 저부를 연결할 수 있다.
이러한 상기 스냅 플레이트(360)는 적어도 하나의 셀 카트리지, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)과 각각 스냅 결합을 통해 결합될 수 있다.
이러한 상기 스냅 결합을 위해, 상기 스냅 플레이트(360)에는 스냅 홈(365)이 구비될 수 있다.
상기 스냅 홈(365)은, 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)의 상기 스냅 돌기들(260)과 스냅 결합될 수 있다. 이러한 상기 스냅 홈(365)은 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)과 스냅 결합될 수 있게 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)은 상기 배터리 모듈(10)의 전후 방향을 따라 상호 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)와 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)이 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)의 저부에서 상호 스냅 결합을 통해 결합되기에, 상기 배터리 모듈(10)의 저부에서 체결을 위한 별도의 롱 볼트 등의 부재가 요구되지 않는다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 저부에서 별도의 롱 볼트 등의 부재로 인해 발생되는 모듈 사이즈 증가가 발생되지 않을 수 있으며, 별도 부재에 따른 제조 비용 상승 및 별도 부재 체결에 따른 제조 효율 저하가 방지될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)이 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)의 저부에 각각 스냅 결합을 통해 별도로 체결되기에, 보다 더 안정적으로 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 배터리 모듈(10)의 저부에서 종래 요구되던 별도의 클립 등의 부재 없이도, 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)의 저부에서 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)의 보다 강한 체결력을 도모할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 저부에서 고정을 위한 별도의 클립 등의 부재를 생략할 수 있기에, 상기 배터리 모듈(10)의 사이즈를 감소시킴과 아울러 제조 비용을 절감할 수 있다.
상기 아이시비 어셈블리(400)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)의 상측에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 아이시비 어셈블리(400)의 장착은 상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들(200)과 상기 엔드 플레이트 어셈블리(300)의 장착 이후에 이루어질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 비엠에스 모듈(50)은, 상기 배터리 모듈(10)을 관리 및 제어하기 위한 것으로서, 상기 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 히트 싱크(60)는 상기 배터리 모듈(10)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 배터리 모듈(10)의 일측, 본 실시예의 경우, 상기 배터리 모듈(10)의 하측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 히트 싱크(60)는 수냉식 또는 공냉식 구조로 마련될 수 있다.
상기 팩 케이스(70)는, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하기 위한 것으로서, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 수용 공간을 형성할 수 있다.
이하, 이러한 상기 팩 케이스(70)에 대해 하기 도면들을 더 참조하여 자세히 살펴 본다.
도 10 및 도 11은 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 2, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 팩 케이스(70)는, 케이스 본체(720) 및 케이스 커버(760)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(720)는, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 케이스 본체(720)에는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 케이스 커버(760)는, 상기 케이스 본체(720)와 결합되어 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징할 수 있다. 상기 케이스 커버(760)와 상기 케이스 본체(720)의 결합을 살펴 보면, 상기 케이스 본체(750)와 상기 케이스 커버(760)는 상호 테두리를 따라 결합된 후 상기 케이스 커버(760)의 상측에서 레이저 용접될 수 있다.
구체적으로 살펴 보면, 여기서, 상기 케이스 커버(760)와 상기 케이스 본체(750)의 상호 테두리 결합 시, 보다 안정적인 결합을 위해 상기 케이스 커버(760)의 테두리는 상기 케이스 본체(750)의 테두리를 에워싸는 형태로 결합될 수 있다.
또한, 상기 레이저 용접 효율 증대를 위해, 상기 케이스 커버(760)는 레이저 투과성 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 케이스 본체(720)는 레이저 흡수성 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 이처럼, 상기 케이스 커버(760)와 상기 케이스 본체(750)가, 상호 테두리에서 레이저 용접을 통해 결합되기에, 상기 팩 케이스(70)의 수밀성이 현저히 개선될 수 있다.
이러한 상기 케이스 커버(760)에는 후술하는 한 쌍의 터미널 단자들(80)이 관통 장착될 수 있다.
그리고, 상기 케이스 커버(760)에는, 유동 방지 리브(762), 분산 격벽(764), 고정 후크(766) 및 캡 고정 리브(768)가 구비될 수 있다.
상기 유동 방지 리브(762)는 상기 케이스 커버(760)의 내면에 구비되며, 상기 케이스 커버(760)의 하측으로 돌출될 수 있다. 이러한 상기 유동 방지 리브(762)는 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)과 상기 케이스 본체(720)의 테두리 사이에 배치될 수 있으며, 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 유동 방지 리브(762)는 상기 케이스 커버(760)의 내측에서 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)과 인접 배치되어, 외부 충격 등 발생 시 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)의 유동을 방지할 수 있다.
상기 분산 격벽(764)은 상기 케이스 커버(760)의 상면에 구비되며, 상기 팩 케이스(70) 상측에서의 액체 등의 고임 현상을 방지할 수 있게 상기 액체를 분산시킬 수 있다.
이러한 상기 분산 격벽(764)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 분산 격벽들(764)은 상기 케이스 커버(760)의 길이 방향을 따라 길게 형성되고, 상호 소정 거리 이격 배치되며, 상기 케이스 커버(760)의 테두리로 갈수록 그 길이가 짧아지는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 고정 후크(766)는 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)의 상면에 구비되며, 후술하는 터미널 캡(90)과 분리 가능하게 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 고정 후크(766)은 후술하는 터미널 캡(90)의 제2 캡 플레이트(960)의 후크 결합홈(965)과 스냅 결합될 수 있다.
상기 캡 고정 리브(768)는 상기 고정 후크(766)와 함께 후술하는 터미널 캡(90)을 탈착 가능하게 고정하는 것으로서, 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)의 상면에 구비될 수 있다. 이러한 상기 캡 고정 리브(768)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 본 실시예의 경우, 한 쌍으로 구비되어 서로 가까이 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 터미널 단자들(80)은 상기 비엠에스 모듈(50)과 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되며, 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760) 밖으로 돌출될 수 있다.
도 12 및 도 13은 도 2의 배터리 팩의 터미널 캡 고정 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은, 터미널 캡(90)을 더 포함할 수 있다.
상기 터미널 캡(90)은, 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80)과 외부 금속체 등과의 절연을 위한 것으로서, 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80)을 외부 금속체 등과 전기적으로 절연시킬 수 있게 커버할 수 있다. 상기 터미널 캡(90)은 적어도 하나 또는 그 이상으로 구비될 수 있으며, 이하, 본 실시예에서는, 하나의 터미널 단자(80)를 커버할 수 있게 하나로 구비된 것으로 한정하여 설명한다. 하나의 터미널 단자(80)만을 절연시켜도 단락을 방지할 수 있기 때문이다.
이러한 상기 터미널 캡(90)은 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80) 중 적어도 하나를 커버하며, 상기 팩 케이스(70)와 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80)과 외부 금속체 등과의 접촉 등은, 일반적으로, 상기 배터리 팩(10)의 운반 등에 따른 이동 시에 발생되고 상기 배터리 팩(10)의 고정 시에는 실질적으로 발생되지 않으며, 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80)과 외부 전원 등과의 연결을 위해 상기 터미널 캡(90)은 상기 팩 케이스(70)에 분리 가능하게 장착되는 것이 바람직하기 때문이다.
아울러, 상기 터미널 캡(90)은 간단하고 용이하게 탈착 가능할 수 있게 상기 팩 케이스(70)와 결합 시, 스냅 결합을 통해 분리 가능하게 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 터미널 캡(90)은 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)와 분리 가능하게 스냅 결합될 수 있다.
이하, 이러한 상기 터미널 캡(90)의 구조에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
상기 터미널 캡(90)은, 제1 캡 플레이트(920) 및 제2 캡 플레이트(960)를 포함할 수 있다.
상기 제1 캡 플레이트(920)는 상기 적어도 하나의 터미널 단자(80)의 상부를 커버할 수 있다. 이러한 상기 제1 캡 플레이트(920)는 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)와 분리 가능하게 스냅 결합될 수 있다.
상기 제1 캡 플레이트(920)에는 리브 삽입홈(925)이 구비될 수 있다.
상기 리브 삽입홈(925)은, 상기 케이스 커버(760)의 상기 캡 고정 리브(768)를 삽입시키기 위한 것으로서, 상기 캡 고정 리브(768)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있으며, 상기 캡 고정 리브(758)와 분리 가능하게 스냅 결합될 수 있다.
상기 제2 캡 플레이트(960)는 상기 제1 캡 플레이트(920)로부터 연장되며, 상기 적어도 하나의 터미널 단자(80)의 일측면부를 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 캡 플레이트(960)는 상기 제1 캡 플레이트(920)로부터 하방으로 절곡되어 연장되며, 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)와 분리 가능하게 결합될 수 있다.
이러한 상기 제2 캡 플레이트(960), 또한, 상기 제1 캡 플레이트(920)와 같이, 상기 팩 케이스(70)의 상기 케이스 커버(760)와 분리 가능하게 스냅 결합될 수 있다.
상기 제2 캡 플레이트(960)에는 후크 결합홈(965)이 구비될 수 있다.
상기 후크 결합홈(965)에는 상기 케이스 커버(760)의 상기 고정 후크(766)를 삽입시키기 위한 것으로서, 상기 고정 후크(766)와 분리 가능하게 스냅 결합될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 터미널 캡(90)은 보다 간단한 구조로 간편하게 상기 팩 케이스(70)로부터 탈착 가능하기에, 상기 한 쌍의 터미널 단자들(80) 보호를 위한 터미널 보호 구조를 보다 효율적으로 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩 10: 배터리 모듈
50: 비엠에스 모듈 60: 히트 싱크
70: 팩 케이스 80: 터미널 단자들
90: 터미널 캡 100: 배터리 셀
200: 셀 카트리지 어셈블리 220: 제1 카트리지
225: 제1 카트리지 스냅 결합부 240: 제2 카트리지
245: 제2 카트리지 스냅 결합부 260: 스냅 돌기
300: 엔드 플레이트 어셈블리 320: 제1 엔드 플레이트
340: 제2 엔드 플레이트 360: 스냅 플레이트
365: 스냅 홈 400: 아이시비 어셈블리
720: 케이스 본체 760: 케이스 커버
762: 유동 방지 리브 764: 분산 격벽
766: 고정 후크 768: 캡 고정 리브
920: 제1 캡 플레이트 925: 리브 삽입홈
960: 제2 캡 플레이트 965: 후크 결합홈

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈은,
    적어도 하나의 배터리 셀; 및
    적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전방을 커버하는 제1 카트리지;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 후방을 커버하며, 상기 제1 카트리지와 스냅 결합되는 제2 카트리지; 및
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 전방 및 후방을 커버하며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리와 스냅 결합되는 엔드 플레이트 어셈블리;를 포함하며,
    상기 엔드 플레이트 어셈블리는,
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 전방을 커버하는 제1 엔드 플레이트;
    상기 제1 엔드 플레이트의 후방에 배치되며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 후방을 커버하는 제2 엔드 플레이트; 및
    상기 제2 엔드 플레이트와 상기 제1 엔드 플레이트를 연결하며, 상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리와 스냅 결합되는 스냅 플레이트;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 양측면에는, 적어도 하나의 스냅 돌기;가 구비되며,
    상기 스냅 플레이트에는, 상기 적어도 하나의 스냅 돌기와 스냅 결합되는 적어도 하나의 스냅 홈;이 구비되며,
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에서 상하 방향을 따라 슬라이딩되면서 상기 스냅 플레이트와 결합되며,
    상기 셀 카트리지 어셈블리는, 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들은, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 배치되며, 오조립 등을 방지할 수 있게 순차적으로 슬라이딩되면서 상기 스냅 플레이트와 스냅 결합되며,
    상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들의 스냅 결합은, 각각의 셀 카트리지 어셈블리의 개별적인 슬라이딩 스냅 결합을 통해 수행되며, 각각의 셀 카트리지 어셈블리의 슬라이딩은, 상기 제1 엔드 플레이트에서 상기 제2 엔드 플레이트 측으로의 전후 방향을 따라 순차적으로 이루어지며,
    상기 팩 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간이 마련되는 케이스 본체; 및
    상기 케이스 본체와 결합되어 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 케이스 커버;를 포함하며,
    상기 케이스 본체와 상기 케이스 커버의 결합 시, 상기 케이스 커버의 테두리는 상기 케이스 본체의 테두리를 에워싸며,
    상기 케이스 커버에는,
    상기 케이스 커버의 내면에 구비되며, 상기 케이스 커버의 하측으로 돌출되는 유동 방지 리브;
    상기 케이스 커버의 상면에 구비되며, 상기 팩 케이스 상측에서의 액체 고임 현상을 방지할 수 있게 액체를 분산시키는 분산 격벽;
    상기 케이스 커버의 상면에 구비되며, 터미널 단자들의 절연을 위한 터미널 캡과 분리 가능하게 결합되는 고정 후크; 및
    상기 케이스 커버의 상면에 구비되며, 상기 고정 후크와 함께 상기 터미널 캡을 탈착 가능하게 고정하는 캡 고정 리브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스냅 결합은,
    상기 제1 카트리지와 상기 제2 카트리지의 양측면에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 카트리지의 양측면에는,
    적어도 하나의 제1 카트리지 스냅 결합부;가 구비되며,
    상기 제2 카트리지의 양측면에는,
    상기 적어도 하나의 제1 카트리지 스냅 결합부와 스냅 결합되는 적어도 하나의 제2 카트리지 스냅 결합부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 카트리지 스냅 결합부는,
    복수 개로 마련되며,
    상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은,
    상기 제1 카트리지의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 카트리지 스냅 결합부는,
    복수 개로 마련되며,
    상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은,
    상기 제2 카트리지의 상하 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되며, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들과 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은,
    스냅 후크로 구비되며,
    상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은,
    상기 스냅 후크와 스냅 결합되는 스냅 후크 홈으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 카트리지 스냅 결합부들은,
    스냅 후크 홈으로 구비되며,
    상기 복수 개의 제2 카트리지 스냅 결합부들은,
    상기 스냅 후크 홈과 스냅 결합되는 스냅 후크로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스냅 플레이트는,
    상기 제1 엔드 플레이트의 저부와 상기 제2 엔드 플레이트의 저부를 연결하며,
    상기 적어도 하나의 스냅 돌기는,
    상기 적어도 하나의 셀 카트리지 어셈블리의 양측면 하부에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스냅 홈은,
    상기 복수 개의 셀 카트리지 어셈블리들과 스냅 결합될 수 있게 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 모듈의 전후 방향을 따라 상호 소정 거리 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 삭제
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
KR1020160112067A 2016-08-31 2016-08-31 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 KR102216115B1 (ko)

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