KR20110026048A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 연료전지 차량이나 하이브리드 차량 등의 친환경 전기자동차에서 구동모터 등 차량 내 각종 전기부품에 전력을 제공하는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명의 배터리 팩은, 셀 어셈블리들이 적층되어 구성되며; 상기 각 셀 어셈블리에서 셀 케이스의 양면에 단위 셀이 노출되도록 윈도우가 형성되고, 상기 윈도우가 적층된 셀 어셈블리의 외부와 연통하도록 셀 케이스의 양 측단부에 홈부가 형성되어, 상기 윈도우 및 홈부가 적층된 셀 어셈블리 사이의 냉각통로를 형성하도록 구성된다.
배터리 팩, 이차전지, 단위 셀, 셀 어셈블리, 냉각통로, 윈도우, 홈부

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위 셀들이 수납된 복수의 셀 어셈블리로 구성되는 배터리 팩에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 연료전지 차량이나 하이브리드 차량 등과 같은 친환경 전기자동차에는 구동모터를 포함하여 차량 내 각종 고전압 부품에 전력을 제공하는 배터리가 탑재되며, 이는 복수의 단위 셀로 구성되어 각 셀(이차전지)들이 차량 운행 중 충/방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하게 된다.
연료전지 차량에 탑재되는 통상의 고전압 배터리는 연료전지 시스템의 구성요소(블로워 등), 각종 고전압 부품들을 구동하기 위한 전력을 제공하고, 연료전지나 구동모터(회생제동시 등)에서 생성되는 전력을 저장하게 된다.
하이브리드 차량에 탑재되는 고전압 배터리의 경우도 차량에 장착된 차량 구동을 위한 구동모터, 기타 각종 고전압 부품들에 전력을 제공하고, 구동모터에서 생성되는 전력을 저장하게 된다.
이렇게 충/방전이 가능한 축전수단으로서, 차량에 탑재되는 배터리는 통상 배터리 팩 형태로 제공되는데, 복수의 단위 셀을 케이스에 수납하여 하나의 셀 카트리지(또는 셀 어셈블리)를 구성하고 이를 다시 모듈화하여 단위 모듈을 구성한 뒤 여러 개의 단위 모듈들을 적층하여 구성하게 된다.
상기와 같은 차량용 배터리 팩은 사용 중 온도가 상승하기 때문에 통풍 및 냉각을 고려하여 설계되어야 하며, 온도 상승시에는 충/방전 효율이 저하되고 각 셀의 온도 불균형시 셀 수명이 단축되는 등 여러 문제가 있기 때문에, 셀 카트리지를 어느 정도 이격시켜 배터리 온도를 최적 성능의 온도 범위로 유지시킬 수 있는 기술이 필요하다.
종래의 배터리 팩에서는 복수의 셀을 셀 케이스에 적층 수납하여 셀 카트리지를 구성하고, 복수의 셀 카트리지를 서로 이격되게 모듈 케이스 내에 적층 수납하여 단위 모듈을 구성한 뒤, 복수의 단위 모듈을 적층하여 하나의 배터리 팩을 구성한다.
이때, 각 셀 카트리지에 수납된 셀들을 위한 냉각통로가 확보되어야 하는 바, 특정 부품을 이용하여 셀 카트리지 간을 이격된 상태로 조립함으로써 냉각통로를 확보하고 있다.
각 셀 카트리지에서 셀들을 고정하기 위한 케이스는 통상 외곽 프레임과 중간 프레임, 반대쪽 외곽 프레임들로 구성되는데, 외곽 프레임과 중간 프레임, 중간 프레임과 반대쪽 외곽 프레임 사이에 각각 단위 셀을 개재하는 방식으로 셀 카트리지를 조립하게 된다.
상기와 같이 셀 카트리지를 단위 모듈로 모듈화할 때 셀 카트리지 사이에 별도의 냉각통로를 반드시 확보해야 하고, 이를 위해 종래에는 이격용 부품을 사용하여 셀 카트리지를 이격시키는 바, 이는 단위 모듈의 전체 부피는 물론 전체 배터리 팩의 부피를 크게 증가시키게 된다.
또한 단위 셀과 단위 셀 사이에 강성 보완을 위한 중간 프레임이 존재하므로 개별 셀 카트리지와 단위 모듈, 전체 배터리 팩의 부피를 증가시키는 요인이 되고, 전체적으로 구조가 복잡해지면서 부품수 과다 및 원가 상승의 요인이 되고 있다.
또한 조립 과정도 셀 카트리지로부터 바로 배터리 팩을 구성하는 것이 불가하고 단위 모듈화가 반드시 필요하다.
즉, 복수의 단위 셀(통상 1쌍의 단위 셀)을 프레임과 조립하여 하나의 셀 카트리지를 구성하고, 같은 방식으로 여러 개의 셀 카트리지들을 구성한 뒤, 이들을 모듈화하여 하나의 단위 모듈을 구성하고, 같은 방식으로 여러 개의 단위 모듈들을 구성한 뒤, 이들을 적층하여 하나의 배터리 팩을 완성하므로, 여러 단계의 조립 과정으로 인해 조립성 및 생산성 저하, 조립시간 및 공수 과다, 원가 상승의 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 중간의 단위 모듈의 구성 없이 셀 어셈블리를 바로 적층하여 배터리 팩을 구성할 수 있으면서, 셀 어셈블리를 이격시키기 않고 적층하는 것만으로 냉각통로가 자동으로 확보될 수 있는 셀 케이스 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 간단한 구조로 구성되고 부품수가 축소되어 전체적인 부피 축소 및 원가 절감이 가능해지는 셀 어셈블리 및 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 셀 어셈블리들이 적층되어 구성되며; 상기 각 셀 어셈블리에서 셀 케이스의 양면에 단위 셀이 노출되도록 윈도우가 형성되고, 상기 윈도우가 적층된 셀 어셈블리의 외부와 연통하도록 셀 케이스의 양 측단부에 홈부가 형성되어, 상기 윈도우 및 홈부가 적층된 셀 어셈블리 사이의 냉각통로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한 상기 셀 어셈블리와 셀 어셈블리 간의 접촉면이 되는 셀 케이스의 외측면에 돌기와 홈이 형성되고, 적층된 상태의 이웃한 두 셀 어셈블리 간에 돌기와 홈이 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 셀 어셈블리는, 각각 상기 윈도우 및 홈부가 형성되고 내부공간을 형성하도록 상호 조립되는 제1케이스 및 제2케이스와; 상기 제1케이스 및 제2케이스가 형성하는 내부공간에 수납되는 단위 셀들과; 상기 단위 셀들을 제1케이스 및 제2케이스의 내측면에 압착 고정하는 고정용 윈도우 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정용 윈도우 부재는, 윈도우가 형성된 틀 구조로 제작되고; 상기 제1케이스와 제2케이스의 내부공간에서 한 쌍의 단위 셀 사이에 개재되어 단위 셀을 제1케이스와 제2케이스에 고정하되, 상기 윈도우를 통해 단위 셀의 중앙부를 노출시키면서 양측 단위 셀의 가장자리부 사이에 개재된 상태로 양측 단위 셀의 가장자리부를 제1케이스와 제2케이스의 내측면에 압착 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정용 윈도우 부재는, 압축 변형이 가능하면서 탄성을 갖는 재질로 제작되고; 상기 제1케이스와 제2케이스가 상호 조립된 상태에서, 제1케이스와 제2케이스의 내측면에 각각 형성된 돌출부에 의해 압축된 상태로, 양측 단위 셀의 가장자리부를 상기 돌출부에 압착 고정하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 팩에서는 다음과 같은 효과가 있다.
1) 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 적층하여 모듈화시킬 때, 종래와 같이 셀 어셈블리와 셀 어셈블리의 간격을 띄어놓지 않고도 셀 케이스의 윈도우와 홈부에 의해 자동으로 냉각통로가 확보될 수 있다.
2) 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 이격시킬 필요가 없으므로 배터리 팩의 전 체 부피를 축소할 수 있게 된다.
3) 종래에는 강성 유지를 위한 중간 프레임이 단위 셀과 단이 셀 사이에 존재하여 부피가 증가되고 냉각 효율도 떨어지나, 본 발명에서는 같은 용도의 고정용 윈도우 부재가 단위 셀의 가장자리부와 셀 케이스 사이에 존재하므로 별도의 부피 증가를 유발하지 않는다.
4) 고정용 윈도우 부재가 압축-탄성 변형이 가능한 소재로 제작되어 단위 셀의 가장자리부만 케이스 내측면에 압착 고정하고, 열 발생 부위인 단위 셀의 중간부와 중간부 사이에는 개재되지 않으므로 셀 어셈블리의 부피 최소화 및 냉각효율 향상이 가능해진다.
5) 배터리 팩의 구성시에 별도의 모듈화를 거치지 않기 때문에(단위 모듈의 구성이 불필요) 공정의 단순화, 원가 절감 등의 효과가 있으며, 에너지 밀도가 더 높은 배터리 팩을 구성할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 연료전지 차량이나 하이브리드 차량 등의 친환경 전기자동차에서 구동모터 등 차량 내 각종 전기부품에 전력을 제공하는 배터리에 적용될 수 있는 것이다.
이러한 배터리는 충/방전이 가능한 이차전지(단위 셀)들을 사용하여 구성되 는 것으로, 연료전지 차량 및 하이브리드 차량에서 구동모터를 포함한 고전압 부품의 필요 전력을 제공하는 고전압 배터리(메인 배터리)로 사용될 수 있는 것이다.
본 발명에서 배터리 팩을 구성하는 각각의 셀 어셈블리는 셀 케이스와 이에 수납되는 복수의 단위 셀로 구성되는데, 셀 케이스에 단위 셀들을 조립하여 구성한 셀 어셈블리는 그 자체만으로는 사용하지 않고 배터리 팩을 구성하는 기본 단위로 사용된다.
종래에는 배터리 팩 구성시에 셀 어셈블리를 두 개 이상 적층하여 단위 모듈을 만들고 이 단위 모듈을 적층 연결하여 배터리 팩을 구성하였는 바, 단위 모듈 없이 셀 어셈블리로부터 배터리 팩을 바로 구성하는 것이 불가능하였고, 이격용 부품을 사용해 셀 어셈블리들을 이격시켜 냉각통로(셀 냉각을 위한 것)를 확보하는 방식으로 단위 모듈을 구성하는 것이 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는 배터리 팩 구성시 단위 모듈을 구성할 필요 없이 셀 어셈블리에서 바로 배터리 팩을 구성할 수 있도록 셀 케이스의 구조가 개선된다.
또한 셀 어셈블리와 셀 어셈블리 사이에 냉각통로가 필요한데, 셀 어셈블리 간 냉각통로(예, 3mm)를 확보하기 위해 이격용 부품을 사용하여 셀 어셈블리를 이격, 고정시키는 단위 모듈이 필요하였으나, 본 발명에서는 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 바로 적층시키더라도 셀과 셀 사이에 냉각통로가 존재할 수 있도록 셀 케이스의 구조가 개선되어, 별도의 단위 모듈이 필요 없고, 부피 증가 없이 냉각통로 확보가 가능해지게 된다. 별도의 냉각통로 확보 없이 셀 케이스를 적층하는 것만으로 냉각통로 확보가 가능해지는 것이다.
또한 종래에는 하나의 셀 어셈블리에 셀과 셀 사이를 지지하기 위한 복잡한 구조(냉각통로 존재)의 중간 프레임이 존재하고, 이로 인해 전체 셀 어셈블리의 부피 증가가 불가피하였으나, 본 발명에서는 간단한 구조이면서 소프트한 재질로 제작된 고정용 윈도우 부재를 사용하여 부피 증가가 발생하지 않도록 셀 케이스가 구성된다.
이러한 본 발명에 대해 다음의 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 측면도로서, 적층된 셀 어셈블리 사이에 냉각통로가 형성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩을 구성하는 기본 단위로서 셀 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 분해사시도이다.
또한 첨부한 도 5는 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 조립상태를 나타낸 단면도로서, 도 2의 선 'A-A' 및 선 'B-B'를 따라 취한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩에서 이웃 적층되는 두 셀 어셈블리의 결합상태를 보여주는 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 기본 단위인 복수의 셀 어셈블리(100)를 적층, 체결하여 구성되며, 셀 어셈블리(100)를 적층시키는 것만으로 셀 어셈블리 사이의 냉각통로가 자동으로 형성되도록 한다.
이를 위해, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 각 셀 어셈블리(100)에서 셀 케이스(110)의 양면에 단위 셀(120)을 노출시키는 윈도우(111a,112a)를 형성하고, 상기 윈도우(111a,112a)가 적층된 셀 어셈블리의 외부와 연통하도록 셀 케이스(110)의 양 측단부에 홈부(111c,112c)를 형성하여, 상기 윈도우 및 홈부가 적층된 셀 어셈블리 사이의 냉각통로를 형성하도록 한다.
여기서, 각각의 셀 어셈블리(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우(111a,112a) 및 홈부(111c,112c)가 형성된 제1케이스(111) 및 제2케이스(112), 상기 제1케이스 및 제2케이스가 형성하는 내부공간에 수납되는 한 쌍의 단위 셀(120), 상기 단위 셀(120)을 제1케이스 및 제2케이스의 내측면에 압착 고정하는 고정용 윈도우 부재(130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1케이스(111)와 제2케이스(112)는 단위 셀(120)들이 수납되어 조립되는 셀 케이스(110)를 구성하는 것으로, 상호 조립되어 한 쌍의 단위 셀이 수납되는 내부공간을 형성하고, 외곽 지지를 위한 구조물을 형성하게 된다.
상기 제1케이스(111)와 제2케이스(112)는 내부에 단위 셀(120)과 고정용 윈도우 부재(130)를 개재한 상태로 상호 조립되는 바, 제1케이스와 제2케이스의 측단부에는 이들을 체결하여 상호 고정하기 위한 체결수단이 구비된다.
상기 체결수단으로는 조립의 편의 및 용이함을 위해 훅 체결방식의 체결수단이 사용될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이, 제1케이스(111)의 측면에 복수의 체결홀(113)을 형성하고, 제2케이스(112)의 측단을 따라서는 상기 제1케이스의 체결홀에 체결될 수 있는 체결훅(114)을 형성하여, 제1케이스(111)와 제2케이스(112)가 조립될 때 체결 훅(114)이 체결홀(113)에 삽입되어 체결되면서 두 케이스가 상호 고정되도록 하는 것이다.
물론 두 케이스를 체결하는 방법으로, 상호 중첩 또는 대응부위를 스크류나 리벳 등의 체결수단을 사용하여 체결하는 방식, 상호 중첩 또는 대응부위에 홈과 돌기를 마련하여 이들을 서로 끼워 고정하는 끼움방식, 클램프를 사용하여 고정하는 클램핑 방식 등 다양한 방식이 채택될 수 있으며, 상기의 체결방식을 복합 적용하는 것도 실시 가능하다.
또한 제1케이스(111)와 제2케이스(112)에는 내부에 조립된 단위 셀(120)들을 노출시킬 수 있는 윈도우(111c,112c)가 형성되고, 상기 윈도우(111c,112c)는 단위 셀(120)로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 통풍구 역할을 하게 된다.
제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 윈도우(111c,112c)는 복수개로 형성될 수 있으며, 예시된 바와 같이 각 케이스에서 중앙의 지지대(111b,112b)를 중심으로 양쪽에 배치되도록 형성될 수 있다.
또한 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 양 측단부에는 공기가 유통될 수 있는 홈부(111c,112c)가 형성되는데, 이는 윈도우(111a,112a)와 함께 적층된 셀 어셈블리(100) 사이의 냉각통로를 형성하게 된다.
즉, 도 1에서와 같이 조립된 복수의 셀 어셈블리(100)를 적층시켜 하나의 배터리 팩(1)을 구성할 때, 각 케이스(111,112)의 윈도우(111a,112a)와 홈부(111c,112c)는 셀 어셈블리(100)와 셀 어셈블리 사이, 단위 셀(120)과 단위 셀 사이에 공기가 유통되도록 하는 냉각통로를 형성한다.
또한 제1케이스(111)와 제2케이스(112)에서 단변의 측단으로는 일측과 타측에 단위 셀(120)의 (+), (-) 극의 단자부(121,122)가 각각 외부로 돌출될 수 있게 단자홈(115a,115d)이 형성되며, 두 케이스가 조립된 상태에서 단자홈은 단위 셀의 단자부가 외부로 돌출되는 홀을 형성하게 된다.
본 발명의 배터리 팩에서 셀 어셈블리에 사용되는 단위 셀로는 전해액을 시트에 밀봉한 파우치형 이차전지가 사용될 수 있으며, 그 밖에 판의 형상을 가지는 것이라면 공지된 다양한 종류의 이차전지가 사용될 수 있다.
상기 단위 셀(120)에는 전술한 바와 같이 (+) 극 및 (-) 극의 두 단자부(121,122)가 외부로 돌출되어 있는 바, 이는 제1케이스(111)와 제2케이스(112)가 조립된 상태에서 단자홈(115a,115b)에 의해 형성된 홀을 통해 외부로 돌출되게 된다.
배터리 팩에 적층된 셀 어셈블리의 단위 셀들이 직렬로 연결되도록 하기 위해서는, 각 단위 셀(120)의 단자부 중 하나(121)는 이웃에 적층된 다른 셀 어셈블리 내 단위 셀의 반대극 단자부와 접속되고, 나머지 다른 하나는 하나(122)는 동일 셀 어셈블리 내 단위 셀의 반대극 단자부와 접속된다.
한편, 고정용 윈도우 부재(130)는 단위 셀(120)의 가장자리부(124)를 셀 케이스(110)(제1케이스 및 제2케이스) 내측면에 압착하여 단위 셀 전체를 셀 케이스 내에 안정적으로 고정 지지하는 부재로서, 전해액이 밀봉된 중앙부(123)를 제외한 단위 셀의 가장자리부(124)만을 셀 케이스(110)의 내측면에 압착 고정할 수 있도록, 윈도우(131)가 형성된 틀 구조로 제작된다.
특히, 본 발명에서 고정용 윈도우 부재(130)는 셀 케이스(110)의 전체 부피를 최대한 줄일 수 있도록 발포성 재질 또는 러버 재질 등 압축 변형이 가능하면서 탄성을 갖는 재질로 제작된다.
상기와 같이 제1케이스(111)의 내측면과 제2케이스(112)의 내측면 사이에서 압착되어 압축 변형이 가능하도록 고정용 윈도우 부재(130)를 소프트한 재질로 구성하는 것과 더불어, 고정용 윈도우 부재(130)에 의해 단위 셀(120)의 가장자리부(124)가 밀착되는 케이스(111,112) 내측면의 측단부에는 단위 셀의 가장자리부와 고정용 윈도우 부재를 압축하는 돌출부(116)가 형성된다.
결국, 고정용 윈도 부재(130)를 압축 변형이 가능한 소프트한 재질로 제작하고, 케이스(111,112) 내측면에 돌출부(116)를 형성하게 되면, 다음과 같은 장점이 있게 된다.
고정용 윈도우 부재(130)는 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 내부공간에서 한 쌍의 단위 셀(120) 사이에 개재되어 단위 셀을 제1케이스와 제2케이스의 내측면에 고정하게 된다.
이때, 고정용 윈도우 부재(130)는 윈도우(131)를 통해 단위 셀(120)의 중앙부(123)를 노출시키면서 양측 단위 셀의 가장자리부(124) 사이에 개재된 상태로 양측 단위 셀의 가장자리부(124)를 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 내측면에 압착 고정하게 된다.
압축 변형이 가능한 고정용 윈도우 부재(130)를 이용하면, 케이스(111,112) 내측면의 돌출부(116)에 의해 고정용 윈도우 부재(130)가 압축 변형되는 동시에 그 사이로 단위 셀의 가장자리부(124)가 개재되어 눌러지므로, 단위 셀(120)이 보다 안정적으로 고정 지지될 수 있고, 이때 압축된 상태의 고정용 윈도우 부재(130)가 가장자리부(124)만을 압착하므로, 셀 어셈블리의 두께를 최대한 축소할 수 있게 된다.
종래와 같이 외곽 프레임, 셀, 중간 프레임, 셀, 외곽 프레임의 순으로 적층되어 셀 어셈블리가 구성되는 경우, 셀 어셈블리의 두께는 외곽 프레임의 두께와 셀의 두께, 중간 프레임의 두께가 모두 반영된 두께가 된다.
특히, 셀을 외곽 프레임과 중간 프레임 사이에 단순히 올려놓는 구조이기 때문에, 셀과 셀 사이에 개재되는 중간 프레임의 두께가 셀 어셈블리 전체 두께에 반영되어 셀 어셈블리의 두께가 두꺼워질 수밖에 없다.
반면, 본 발명에서는 소프트한 재질의 고정용 윈도우 부재(130)가 셀(120)의 가장자리부(124)만을 압착하여 고정하므로, 고정용 윈도우 부재의 두께가 셀 어셈블리(100)의 두께에 반영되지 않는다.
따라서, 종래의 중간 프레임이 개재되던 것에 비해 셀과 셀 사이의 중간 프레임이 차지하던 두께를 줄일 수 있으며, 결국 셀 어셈블리의 전체 두께를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
이와 함께 고정용 윈도우 부재(130)가 압축 변형되면서 셀(120)의 가장자리부(124)를 셀 케이스(110)의 내측면에 형성된 돌출부(116)에 압착 고정하는 구조이므로, 셀이 보다 안정적으로 고정 지지될 수 있다.
결국, 셀을 안정적으로 고정 지지하면서 셀 어셈블리의 두께를 축소할 수 있 는 두 가지 효과를 동시에 얻을 수 있는 것이다.
그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 적층시 셀 어셈블리와 셀 어셈블리 간의 접촉면이 되는 셀 케이스(110)의 외측면, 보다 명확히는 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 외측면에는 돌기(117)와 홈(118)을 형성하여 서로 결합되도록 한다.
즉, 적층되는 이웃한 두 셀 어셈블리의 접촉부 간에 홈-돌기의 결합구조가 적용되는 것으로, 이는 적층된 상태에서 각 셀 어셈블리가 개별적으로 유동하는 것을 방지하고 정 위치에서 안정적으로 위치 고정되어 결합상태를 유지할 수 있게 해준다.
이때, 이웃한 두 셀 어셈블리(100) 중 한쪽 셀 케이스(110)에는 돌기(117)를, 다른 쪽 셀 케이스의 대응부위에는 홈(118)을 형성하며, 돌기(117)가 홈(118)에 삽입되어 고정됨으로써 적층된 셀 어셈블리(100)들이 안정적으로 조립상태를 유지할 수 있도록 한다.
도 6에 예시된 바와 같이, 다른 셀 어셈블리와 접촉하게 되는 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)의 외측면에 모두 돌기(117)와 홈(118)을 모두 형성하고, 셀 어셈블리 적층시 이웃한 두 셀 어셈블리(100) 간에 돌기(117)와 홈(118)이 서로 결합되도록 하는 것이 가능하다.
도 1을 참조하면, 동일한 구성의 셀 어셈블리(100)가 하나씩 적층될 때마다 이웃한 셀 어셈블리와 역방향으로 조립됨을 볼 수 있는데, 이때 돌기(117)와 홈(118)은 셀 어셈블리가 교대로 역방향 조립될 수 있도록 방향을 잡아주는 역할을 하기도 한다.
이하, 본 발명에 따른 셀 어셈블리의 조립 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 제1케이스(111)의 내측으로 단위 셀(120)을 넣고 고정용 윈도우 부재(130)를 조립한다(도 4 참조).
이때, 고정용 윈도우 부재(130)는 단위 셀(120)의 가장자리부(124) 위로 얹어지는데, 전해액이 채워진 단위 셀의 중앙부(123)는 제1케이스(111)의 윈도우(111a)와 고정용 윈도우 부재(130)의 윈도우(131)를 통해 노출되게 된다.
이어 고정용 윈도우 부재(130) 위로 또 다른 단위 셀(120)을 올려놓은 뒤, 그 위로 제2케이스(112)를 덮어 체결훅(114)을 이용해 제1케이스(111)와 체결하며, 이때 각 단위 셀(120)의 단자부(121,122)는 단자홈(115a,115b)이 형성하는 홀을 통해 외부로 노출되도록 한다.
상기와 같이 조립된 셀 어셈블리(100)에서 단위 셀(120)의 중앙부(123)는 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)의 윈도우(111a,112a)를 통해 노출된다.
셀 어셈블리(100)에서 고정용 윈도우 부재(130)에 의해 한 쌍의 단위 셀(120)이 제1케이스(111)와 제2케이스(112)에 압착 지지되는 구조는 앞에서 설명한 바와 같다.
그리고, 본 발명에서 배터리 팩의 조립은 중간의 단위 모듈을 구성할 필요 없이 복수의 셀 어셈블리(100)를 적층하여 체결하는 과정을 필요로 하는 바, 셀 어셈블리(100)를 적층시킨 상태에서 체결수단, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이 셀 어셈블리를 관통하여 체결하는 장볼트(101)와 너트(102)를 이용해 일체로 체결한다.
이렇게 셀 어셈블리(100)가 적층된 상태에서는 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)의 윈도우(111a,112a)와 그 측단부의 홈부(111c,112c)가 셀 어셈블리 사이의 냉각통로를 형성하게 되며, 이러한 셀 케이스의 구조 개선에 의해 셀 어셈블리를 적층하는 것만으로 냉각통로의 확보가 가능해진다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 적층하여 모듈화시킬 때 종래와 같이 셀 어셈블리와 셀 어셈블리의 간격을 띄어놓지 않고도 셀 케이스의 윈도우와 홈부에 의해 자동으로 냉각통로가 확보될 수 있다.
더불어 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 이격시킬 필요가 없으므로 배터리 팩의 전체 부피를 축소할 수 있게 된다.
또한 종래에는 강성 유지를 위한 중간 프레임이 단위 셀과 단이 셀 사이에 존재하여 부피가 증가되고 냉각 효율도 떨어지나, 본 발명에서는 같은 용도의 고정용 윈도우 부재가 단위 셀의 가장자리부와 셀 케이스 사이에 존재하므로 별도의 부피 증가를 유발하지 않으며, 고정용 윈도우 부재가 압축-탄성 변형이 가능한 소재로 제작되어 단위 셀의 가장자리부만 케이스 내측면에 압착 고정하고, 열 발생 부위인 단위 셀의 중간부와 중간부 사이에는 개재되지 않으므로, 셀 어셈블리의 부피 최소화 및 냉각효율 향상이 가능해진다.
그리고, 배터리 팩의 구성시에 별도의 모듈화를 거치지 않기 때문에(단위 모듈의 구성이 불필요) 공정의 단순화, 원가 절감 등의 효과가 있으며, 에너지 밀도 가 더 높은 배터리 팩을 구성할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 측면도로서, 적층된 셀 어셈블리 사이에 냉각통로가 형성된 상태를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩을 구성하는 기본 단위로서 셀 어셈블리를 도시한 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 측면도,
도 4는 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 분해사시도,
도 5는 도 2에 도시된 셀 어셈블리의 조립상태를 나타낸 단면도로서, 도 2의 선 'A-A' 및 선 'B-B'를 따라 취한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩에서 이웃 적층되는 두 셀 어셈블리의 결합상태를 보여주는 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 셀 팩 100 : 셀 어셈블리
111 : 제1케이스 111a : 윈도우
111c : 홈부 112 : 제2케이스
112a : 윈도우 112b : 홈부
120 : 단위 셀 130 : 고정용 윈도우 부재

Claims (5)

  1. 셀 어셈블리(100)들이 적층되어 구성되며,
    상기 각 셀 어셈블리(100)에서 셀 케이스(110)의 양면에 단위 셀(120)이 노출되도록 윈도우(111a,112a)가 형성되고, 상기 윈도우(111a,112a)가 적층된 셀 어셈블리(100)의 외부와 연통하도록 셀 케이스(110)의 양 측단부에 홈부(111c,112c)가 형성되어, 상기 윈도우(111a,112a) 및 홈부(111c,112c)가 적층된 셀 어셈블리(100) 사이의 냉각통로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 어셈블리(100)와 셀 어셈블리 간의 접촉면이 되는 셀 케이스(110)의 외측면에 돌기(117)와 홈(118)이 형성되고, 적층된 상태의 이웃한 두 셀 어셈블리(100) 간에 돌기(117)와 홈(118)이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 셀 어셈블리(100)는,
    각각 상기 윈도우(111a,112a) 및 홈부(111c,112c)가 형성되고 내부공간을 형 성하도록 상호 조립되는 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)와;
    상기 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)가 형성하는 내부공간에 수납되는 단위 셀(120)들과;
    상기 단위 셀(120)들을 제1케이스(111) 및 제2케이스(112)의 내측면에 압착 고정하는 고정용 윈도우 부재(130);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고정용 윈도우 부재(130)는,
    윈도우(131)가 형성된 틀 구조로 제작되고,
    상기 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 내부공간에서 한 쌍의 단위 셀(120) 사이에 개재되어 단위 셀(120)을 제1케이스(111)와 제2케이스(112)에 고정하되,
    상기 윈도우(131)를 통해 단위 셀(120)의 중앙부(123)를 노출시키면서 양측 단위 셀(120)의 가장자리부(124) 사이에 개재된 상태로 양측 단위 셀(120)의 가장자리부(124)를 제1케이스(121)와 제2케이스(122)의 내측면에 압착 고정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정용 윈도우 부재(130)는,
    압축 변형이 가능하면서 탄성을 갖는 재질로 제작되고,
    상기 제1케이스(111)와 제2케이스(112)가 상호 조립된 상태에서, 제1케이스(111)와 제2케이스(112)의 내측면에 형성된 돌출부(116)에 의해 압축된 상태로, 양측 단위 셀(120)의 가장자리부(124)를 상기 돌출부(116)에 압착 고정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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