KR20110071563A - 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복수의 배터리 셀을 적층하여 형성되는 배터리 팩에서, 배터리 셀의 적재 공간을 줄이면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차에 관한 것이다. 본 발명은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지 프레임; 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임에 와이어로 지지하는 지지부를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차{Battery pack and vehicle therewith}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 복수개의 단위 전지 셀을 단면 또는 양면에 적층하여 형성되는 배터리 모듈을 포함하여 형성되는 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다. 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있으며, 자동차용 전지로도 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비한다. 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많다. 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극 탭을 각각 구비할 수 있다.
전극 조립체는 케이스의 내부에 수납되고, 케이스의 외부로는 전극 단자가 노출될 수 있다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 케이스는 원통형 또는 각형이 될 수 있다.
복수개의 이차 전지의 단위 전지 셀이 지지 프레임의 양면 또는 단면에 수평 또는 수직으로 적층되어 배터리 모듈이 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 모듈이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 하나의 배터리 팩이 형성될 수 있다.
본 발명은, 복수의 배터리 셀을 적층하여 형성되는 배터리 팩에서, 배터리 셀의 적재 공간을 줄이면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지 프레임; 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임에 와이어로 지지하는 지지부를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 배터리 모듈이, 각각의 상기 배터리 셀들이 상기 지지 프레임에 접촉되어 지지되도록, 상기 지지 프레임에 지지될 수 있다.
상기 배터리 모듈이 상기 지지 프레임의 양면에 배치되어 지지될 수 있다.
상기 지지부가, 상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 일 면에 지지하는 제1 브래킷, 상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 다른 일 면에 지지하는 제2 브래킷, 및 상기 제1 브래킷으로부터 상기 지지 프레임을 관통하여 상기 제2 브래킷으로 연결되는 와이어를 구비할 수 있다.
상기 와이어가 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들 사이를 지나가도록 배치될 수 있다.
상기 제1 브래킷 또는 상기 제2 브래킷이, 상기 배터리 모듈에 포함되는 각각의 배터리 셀들의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면인 제1면과 접촉되도록 상기 배터리 셀들이 적층되는 방향으로 연장되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 절곡되어, 상기 배터리 모듈의 최상부에 위치되는 배터리 셀 또는 최하부에 위치되는 배터리 셀의 상기 제1면과 접속되는 면과 접촉되는 절곡부를 구비할 수 있다.
상기 지지부가, 상기 제1 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 지지하는 와이어 지지부재, 및 상기 제2 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 장력을 조정 가능하도록 지지하는 장력 조정부를 구비할 수 있다.
상기 와이어 지지부재가 상기 제1 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 상기 와이어를 지지할 수 있다.
상기 제1 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 각형의 홈으로 형성되어 각형의 상기 와이어 지지부재의 적어도 일부가 삽입되는 지지홈이 형성되고, 상기 지지홈을 관통하여 상기 와이어가 통과되는 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 장력 조정부가, 일 측의 상기 와이어가 지지되고 상기 제2 브래킷을 관통하는 고정부, 및 다른 일 측의 상기 제2 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면으로 노출되고 외주면에 나사가 형성되는 나사부를 구비하는 지지 볼트, 및 상기 지지 볼트의 상기 나사부와 결합되고 상기 제2 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면과 접촉되는 지지 너트를 구비할 수 있다.
상기 고정부가 각형이고, 상기 제2 브래킷에 상기 고정부가 삽입되는 각형의 관통홀인 지지홀이 형성될 수 있다.
상기 지지 프레임의 내부를 관통하여, 내부에 냉각 유체가 순환하는 순환 유로가 배치될 수 있다.
상기 순환 유로와 일 단과 연결되고, 상기 냉각 유체가 수납되는 유체 탱크; 및 상기 순환 유로의 다른 일단과 연결되고, 상기 유체 탱크의 상기 냉각 유체를 상기 순환 유로로 공급하는 펌프를 더 구비할 수 있다.
내부에 상기 유체 탱크와 상기 펌프를 수납하고, 상기 지지 프레임을 하부에서 지지하는 베이스를 더 구비할 수 있다.
상기 배터리 모듈이 상기 지지 프레임의 일 면에 배치되어 지지될 수 있다.
상기 지지부가, 상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 일 면에 지지하는 제2 브래킷, 상기 지지 프레임을 관통하여 상기 제2 브래킷으로 연결되는 와이어, 상기 지지 프레임에 설치되어 상기 와이어를 지지하는 와이어 지지부재, 및 상기 제2 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 장력을 조정 가능하도록 지지하는 장력 조정부를 구비할 수 있다.
상기 와이어 지지부재가 상기 지지 프레임의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 상기 와이어를 지지할 수 있다.
상기 지지 프레임의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 각형의 홈으로 형성되어 각형의 상기 와이어 지지부재의 적어도 일부가 삽입되는 지지홈이 형성되고, 상기 지지홈을 관통하여 상기 와이어가 통과되는 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 차체; 및 상기 차체에 장착되는 배터리 팩을 구비하는 자동차를 제공한다.
상기 배터리 팩이 상기 차체에 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 및 이를 구비하는 자동차에 의하면, 복수의 배터리 셀을 적층하여 형성되는 배터리 팩에서, 배터리 셀의 적재 공간을 줄이면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 외관이 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 배터리 팩(10)에서 커버(300)가 분리된 모습이 도시되어 있다. 도 3에는 지지 프레임(400)의 양면에 각각 배터리 모듈(100)이 와이어(402)에 의하여 지지되는 모습이 도시되어 있다.
배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100)이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(100)은 적층되어 일체가 되는 적어도 하나 이상의 배터리 셀들(110)을 포함할 수 있다. 이때, 배터리 셀(110)은 충방전 동작에 의하여 열이 발생할 수 있으며, 발생한 열로 인하여 배터리 성능 및 수명이 나빠질 수 있다.
특히, 배터리 팩(10)에는 많은 개수의 배터리 셀들(110)이 서로 적층되므로, 각각의 배터리 셀(110)에서 발생하는 열이 더욱 많아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 지지 프레임(400)에 배터리 셀들(110)을 지지하고, 지지 프레임(400)의 내부에 냉각 유체를 순환시켜, 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 식힐 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 도 8에 도시된 바와 같이 전기 자동차(1) 또는 전기 작동을 포함하는 하이브리드 자동차 등에 장착될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(10)은 한정된 공간에 장착될 수 있다.
또한, 배터리 팩(10)에는 한정된 공간에 가능한 많은 개수의 배터리 셀들(110)이 장착되는 것이 유리할 수 있다. 즉, 배터리 팩(10)에 많은 개수의 배터리 셀들이 장착될 수 있다면, 배터리 팩(10)이 큰 출력을 낼 수 있으며, 오랜 시간 동안 사용되는데 유리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 배터리 셀들(110)이 와이어(402)에 의하여 지지 프레임(400)에 지지되도록 함으로써, 배터리 팩(10)에서 배터리 셀들(110)을 지지 프레임(400)에 지지하기 위해 필요한 공간을 줄일 수 있다. 그에 따라, 배터리 팩(10)이 차지하는 공간을 줄일 수 있으며, 한정된 공간에 더 많은 개수의 배터리 셀들(110)이 장착될 수 있다.
한편, 냉각 유체가 순환되는 지지 프레임(400)에 각각의 배터리 셀들(110)이 잘 밀착될수록 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 효과적으로 식힐 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 잘 밀착시킬 수 있다. 이를 위하여, 배터리 팩(10)에서는 와이어(402)를 이용한 지지 방식에 의하여 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 균일하게 밀착되도록 할 수 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100); 지지 프레임(400); 및 지지부를 구비한다.
배터리 모듈(100)은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함한다. 지지 프레임(400)은 배터리 모듈(100)을 지지한다. 지지부는 배터리 모듈(100)을 지지 프레임(400)에 와이어(402)로 지지한다.
복수개의 배터리 셀들(110)이 제1 방향 예를 들어 수직으로 적층되어 배터리 모듈(100)을 형성할 수 있다. 배터리 모듈(100)은, 배터리 모듈(100)에 포함되는 각각의 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)의 일면 또는 양면에 접촉되어 지지되도록, 지지 프레임(400)에 지지될 수 있다.
이때, 지지 프레임(400)을 냉각함으로써, 지지 프레임(400)에 밀착 접촉되는 배터리 셀들(110)을 냉각시킬 수 있다. 이를 위하여, 지지 프레임(400)의 내부에는 도 7에 도시된 바와 같이 순환 유로(430)가 배치될 수 있다. 순환 유로(430)에는 냉각 유체가 흘러, 배터리 셀(110)에서 발생하는 열이 외부로 배출될 수 있다. 이때, 냉각 유체가 배터리 셀(110)로부터 지지 프레임(400)을 통하여 전달되는 열을 흡수하여, 외부로 배출할 수 있다.
이 경우, 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 잘 밀착될수록 배터리 셀들(110)로부터 지지 프레임(400)으로 열이 효과적으로 전달될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)은 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 균일하게 밀착될 수 있도록 할 수 있다.
즉, 각각의 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 균일한 압력으로 접촉되도록 지지될 수 있다. 이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 와이어(402)가 배터리 셀들(110) 사이의 공간(110a)을 통과하도록 하여 배터리 모듈(100)을 지지 프레임(400)에 지지하도록 할 수 있다.
배터리 셀들(110) 사이에는 공간(110a)이 형성될 수 있다. 여기서, 배터리 셀들(110) 사이의 공간(110a)에 의하여 배터리 셀들(110)의 방열을 위한 공기 통로가 형성될 수 있다.
배터리 셀들 사이의 공간(110a)은 상호 접촉되는 배터리 셀의 케이스의 형상(예를 들어 요철 형상)에 의하여 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 인접하는 배터리 셀들 사이의 공간(110a)은 인접하는 배터리 셀들(110) 사이에 요철 형상의 별도의 부재가 삽입되어 형성될 수 있다.
배터리 셀(110)은 복수개가 제1 방향 예를 들어 수직 방향으로 적층되어 배터리 모듈(100)을 형성할 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 통상의 각형 배터리 셀이 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 원형 배터리 셀 또는 파우치형 배터리 셀을 포함한 다양한 형상의 배터리 셀이 적용될 수 있다.
배터리 셀(110)은 리튬-이온 전지가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정 되지 않고, 배터리 셀(110)로 리튬-이온 이차전지 이외에도 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬 전지를 포함한 다양한 종류의 전지가 적용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)은 지지 프레임(400)의 양면에 배치되어 지지될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)에서 한정된 공간에 배터리 셀들(110)이 효율적으로 수납될 수 있다. 따라서, 한정된 공간에 배터리 셀들(110)을 더 많이 수납할 수 있게 된다.
이 경우, 지지 프레임(400)에 배터리 모듈(100)을 지지하기 위하여, 지지부는 제1 브래킷(410), 제2 브래킷(420), 및 와이어(402)를 구비할 수 있다.
제1 브래킷(410)은 배터리 모듈(100)의 지지 프레임(400)과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 배터리 모듈(100)을 지지 프레임(400)의 일 면에 지지할 수 있다. 제2 브래킷(420)은 배터리 모듈(100)의 지지 프레임(400)과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 배터리 모듈(100)을 지지 프레임(400)의 다른 일 면에 지지할 수 있다.
즉, 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400)의 양면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 브래킷(410)이 지지 프레임(400)의 일면 예를 들어 도 3의 경우 좌측면에 배터리 모듈(100)이 지지되도록 할 수 있다. 또한, 제2 브래킷(420)이 지지 프레임(400)의 다른 일면 예를 들어 도 3의 경우 우측면에 배터리 모듈(100)이 지지되도록 할 수 있다.
배터리 셀(110)은 외부로 노출되는 전극 단자(111)를 구비할 수 있다. 또한, 이웃하는 배터리 셀들(110)의 전극 단자들(111)은 버스 바(115)에 의하여 전기적으 로 접속될 수 있다.
전극 단자(111)는 양극 단자와 음극 단자를 구비할 수 있다. 인접하는 배터리 셀들(110)은 전극이 교대로 양극과 음극이 서로 엇갈리도록 배열될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(110)은 병렬로 연결되거나, 직렬로 연결되거나, 직렬 및 병렬이 혼합되어 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 배터리 셀들(110)은 연속적으로 연결되어서, 하나의 배터리 모듈(100)을 형성할 수 있다. 상기 적층되는 배터리 셀들(110)의 연결 구조 및 개수는 설계 시 요구되는 충전 및 방전 용량을 고려하여 정해질 수 있다.
전극 단자(111)는 배터리 셀(110)이 지지 프레임(400)과 접하는 면의 반대 면에 배치될 수 있다. 제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)은 적층되는 배터리 셀들(110)의 전극 단자들(111) 사이를 지나도록 배치될 수 있다.
이때, 제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)은 배터리 모듈(100)에 포함되는 모든 배터리 셀들(110)과 접촉될 수 있다. 이 경우, 제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)이 배터리 모듈(100)에 포함되는 모든 배터리 셀들(110)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
와이어(402)는 제1 브래킷(410)으로부터 지지 프레임(400)을 관통하여 제2 브래킷(420)으로 연결될 수 있다. 이를 위하여, 지지 프레임(400)에는 와이어(402)가 통과할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있다. 또한, 와이어(402)는 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110) 사이를 지나가도록 배치될 수 있다.
따라서, 와이어(402)는 배터리 셀들(110)과 지지 프레임(400)을 통과하여 양 쪽의 제1 브래킷(410)과 제2 브래킷(420)을 연결하여 지지할 수 있다. 그에 따라, 제1 브래킷(410)에 의하여 지지되는 배터리 모듈(100)과 제2 브래킷(420)에 의하여 지지되는 배터리 모듈(100)이 함께 지지 프레임(400)에 지지되도록 할 수 있다.
제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)이 배터리 모듈(100)에 포함되는 각각의 배터리 셀들(110)을 효과적으로 지지할 수 있도록, 제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)이 연장부(411, 421)와 절곡부(412, 422)를 구비할 수 있다.
연장부(411, 421)는 배터리 모듈(100)에 포함되는 각각의 배터리 셀들(110)의 지지 프레임(400)과 접촉되는 면의 반대 면과 접촉되도록 배터리 셀들(110)이 적층되는 방향으로 연장된다. 절곡부(412, 422)는 연장부(411, 421)로부터 절곡되어, 배터리 모듈(100)의 최상부에 위치되는 배터리 셀(110) 또는 최하부에 위치되는 배터리 셀(110)을 지지할 수 있다.
이때, 절곡부(412, 422)는 배터리 모듈(100)의 최상부에 위치되는 배터리 셀(110) 또는 최하부에 위치되는 배터리 셀(110)의 지지 프레임(400)과 접촉되는 면의 반대 면과 접속되는 면과 접촉될 수 있다. 예를 들어, 절곡부(412, 422)는 연장부(411, 421)로부터 예를 들어 90도 절곡되어 형성될 수 있다.
한편, 와이어(402)가 지지 프레임(400)과 배터리 셀들(110) 사이의 공간을 통과하여 배터리 모듈들(100)을 지지함으로써, 배터리 모듈들(100)을 지지 프레임(400)에 지지하기 위하여 소요되는 공간을 줄일 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)에서 배터리 셀들(110)을 수납하기 위한 한정된 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
또한, 와이어(402)가 배터리 셀들(110) 사이의 공간을 통하여 배터리 모듈(100)의 중간에서 각각의 배터리 셀들(110)을 지지 프레임(400)에 균일하게 밀착되도록 함으로써, 배터리 셀들(110)에서 발생한 열이 지지 프레임(400)으로 효과적으로 전달될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 의하여, 제한된 공간에 배터리 셀들(110)을 적재하면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4에는 도 1의 배터리 팩(10)에서 제1 브래킷(410)과 와이어 지지부재(401)가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 도 5에는 도 1의 배터리 팩(10)에서 제2 브래킷(420)과 장력 조정부(403, 404)가 더욱 상세하게 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 와이어(402)가 제1 브래킷(410) 및 제2 브래킷(420)에 효과적으로 지지할 수 있도록, 지지부는 와이어 지지부재(401) 및 장력 조정부(403, 404)를 더 구비할 수 있다.
와이어 지지부재(401)는 제1 브래킷(410)에 설치되어 와이어(402)를 지지할 수 있다. 장력 조정부(403, 404)는 제2 브래킷(420)에 설치되어 와이어(402)를 장력을 조정 가능하도록 지지할 수 있다.
와이어(402)는 와이어 지지부재(401)의 외부를 둘러싸서, 와이어 지지부재(401)가 와이어(402)를 지지하도록 할 수 있다. 와이어 지지부재(401)는 제1 브래킷(410)의 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110)과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 와이어(402)를 지지할 수 있다.
이를 위하여, 제1 브래킷(410)의 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110)과 접 촉되는 면의 반대 면에는 와이어 지지부재(401)의 적어도 일부가 삽입되어 지지되는 지지홈(410a)이 형성될 수 있다. 이 경우, 지지홈(410a)에는 지지홈(410a)을 관통하여 와이어(402)가 통과되는 관통홀(410b)이 형성될 수 있다.
이때, 와이어 지지부재(401)가 지지홈(401)의 내면에 삽입됨으로써, 와이어 지지부재(401)가 제1 브래킷(410)의 접촉면에 대하여 미끄러져 회전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 와이어(402)의 장력 조절을 위하여 장력 조절부(403, 404)의 일부가 회전될 때, 와이어(402)가 함께 회전되어 장력 조절이 실패되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 와이어 지지부재(401)와 지지홈(410a)이 각형으로 형성될 수 있다. 이 경우, 와이어 지지부재(401)가 제1 브래킷(410)의 접촉면에 대하여 미끄러져 회전되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 밀착되도록 압력을 가하기 위하여, 와이어(402)의 장력을 조정할 필요가 있다. 이를 위하여, 지지부는 장력 조정부(403, 404)를 구비할 수 있다. 이때, 장력 조정부(403, 404)는 지지 볼트(403) 및 지지 너트(404)를 구비할 수 있다.
지지 볼트(403)는 일 측이 와이어(402)와 연결되고, 다른 일 측에는 지지 너트(404)가 결합될 수 있다. 지지 너트(404)는 지지 볼트(403)와 나사 결합되어 와이어(402)의 장력을 조절할 수 있다.
지지 볼트(403)는 일 측의 고정부(403a)와 다른 일 측의 나사부(403b)를 구비할 수 있다. 또한, 제2 브래킷(420)에는 지지 볼트(403)의 일부가 삽입되어 지지 되는 지지홀(420a)이 형성될 수 있다.
고정부(403a)는 와이어(402)를 지지 및/또는 고정한다. 고정부(403a)는 제2 브래킷(420)을 관통하여 제2 브래킷(420)에 지지된다. 제2 브래킷(420)에는 고정부(403a)가 삽입되어 지지되는 지지홀(420a)이 형성될 수 있다.
이때, 고정부(403a) 및 지지홀(420a)은 각형으로 형성될 수 있다. 따라서, 지지 볼트(403)가 제2 브래킷(420)에 대하여 미끄러져 회전되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 그에 따라, 와이어(402)의 장력을 효과적으로 조절할 수 있게 된다.
나사부(403b)는 고정부(403a)로부터 연장되고 외주면에 나사가 형성된다. 나사부(403b)는 제2 브래킷(420)의 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110)과 접촉되는 면의 반대 면으로 노출되어 지지 너트(404)와 나사 결합될 수 있다.
이때, 지지 너트(404)는 지지 볼트(403)의 나사부(403b)와 결합되고 제2 브래킷(420)의 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들(110)과 접촉되는 면의 반대 면과 접촉될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 지지 프레임(400)의 양면에 배치되어 지지될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 도 6 도시된 바와 같이 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400')의 단면에만 배치될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 지지 프레임(400')의 단면에 배터리 모듈(100)이 지지되는 모습이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 실시예에서는 도 3에 도시된 실시예에서와 동일한 방식으로 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400')에 와이어(402')에 의하여 지지될 수 있다. 여기서, 도 3에 도시된 실시예와 동일한 요소에 대해서는 유사한 참조 번호를 사용하고 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도면을 참조하면, 지지부가 제2 브래킷(420), 와이어(402'), 와이어 지지부재(401'), 및 장력 조정부(403',404')를 구비할 수 있다.
제2 브래킷(420)은 배터리 모듈(100)의 지지 프레임(400')과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400')의 일 면에 지지되도록 할 수 있다.
와이어(402')는 지지 프레임(400')을 관통하여 제2 브래킷(420)으로 연결될 수 있다. 와이어(402')는 배터리 셀들(110) 사이의 공간(110a)을 통과하도록 하여 배터리 모듈(100)을 지지 프레임(400)에 지지하도록 할 수 있다.
와이어 지지부재(401')는 지지 프레임(400')에 설치되어 와이어(402')를 지지할 수 있다. 이때, 와이어 지지부재(401')는 도 3의 제1 브래킷(410)의 기능을 수행할 수 있다.
와이어 지지부재(401')는 지지 프레임(400')의 배터리 모듈(100)과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 와이어(402')를 지지할 수 있다. 이를 위하여, 지지 프레임(400')의 배터리 모듈(100)과 접촉되는 면의 반대 면에 지지홈이 형성될 수 있다.
이때, 장력 조정부(403',404')에 의한 와이어(402')의 장력 조정 시에 와이 어 지지부재(401')가 회전되는 것을 방지하기 위하여, 지지홈과 와이어 지지부재(401')는 각형으로 형성될 수 있다.
장력 조정부(403',404')는 제2 브래킷(420)에 설치되어 와이어(402')를 장력을 조정 가능하도록 지지할 수 있다. 이때, 장력 조정부(403', 404')는 지지 볼트(403')와지지 너트(404')를 구비할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 지지부를 구비하는 배터리 팩에 의하여, 제한된 공간에 배터리 셀들(110)을 효율적으로 적재하면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
배터리 팩(10)은 베이스(200) 및 커버(300)를 더 구비할 수 있다. 베이스(200) 위에 지지 프레임(400)이 장착되어 지지될 수 있다. 커버(300)는 베이스(200)와 착탈 가능하도록 결합되어 내부에 지지 프레임(400) 및 배터리 모듈들(100)을 수용할 수 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서 지지 프레임(400)의 내부에 냉각 유체가 흐르는 순환 유로(430)가 배치되는 개략적인 내부 모습이 도시되어 있다.
배터리 팩(10)에는 유체 탱크(510), 펌프(520), 연결 유로(530), 및 순환 유로(430)가 구비될 수 있다. 이때, 베이스(200)의 내부에 유체 탱크(510), 펌프(520), 및 연결 유로(530)가 수납될 수 있다. 지지 프레임(400)의 내부에는 냉각 유체가 흐르는 순환 유로(430)가 배치될 수 있다.
유체 탱크(510)는 순환 유로(430)의 일 단과 연결되고, 냉각 유체가 수납될 수 있다. 펌프(520)는 순환 유로(430)의 다른 일단과 연결되고, 유체 탱크(510)의 냉각 유체를 순환 유로(430)로 공급한다. 연결 유로(530)는 유체 탱크(510)와 펌프(520)를 연결한다.
베이스(200) 내부에는 배터리 모듈(100)의 열을 식히기 위한 별도의 온도 조절 시스템(Thermal Management System, TMS)이 설치될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서는 지지 프레임(400) 내부의 순환 유로(430)를 통하여 흐르는 냉각 유체에 의하여 커버(300) 내부의 열을 냉각시키고, 별도의 온도 조절 시스템이 생략될 수 있다.
이처럼 냉각 유체가 유체 탱크(510), 연결 유로(530), 펌프(520), 및 순환 유로(430)를 순환하면서, 배터리 팩(10) 내부의 온도를 배터리 셀들(110)의 작동에 유리한 온도로 관리될 수 있다. 이러한 냉각 유체의 배터리 팩(10) 내부의 순환은 반복될 수 있다.
이때, 냉각 유체는 공기 또는 물 또는 에탄올과 글리세린 또는 냉매를 포함하여 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 냉각 유체는 순환 유로(430)를 통하여 흐를 수 있는 것으로, 상변환 물질(Phase Change Material, PCM)을 포함하는 다양한 다른 물질을 포함할 수 있다.
유체 탱크(510) 내의 절연성 유체는 전기 충전소와 같은 특정 장소에서 일정한 온도로 관리될 수 있다. 절연성 유체는 충전소에서 교환 또는 보충될 수 있다. 이를 위하여, 커버(300)가 베이스(200)로부터 분리되고, 용이하게 냉각 유체가 교환되거나 보충될 수 있게 된다.
따라서, 배터리 팩(10)의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다. 퀵 드롭(quick drop) 방식의 배터리 팩(10)에서 자동차 등으로부터 분리된 후에 외부에서 유체 탱크(510) 내부의 냉각 유체가 교체 또는 보충될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)이 전기 자동차(1)에 적용된 실시예가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리 셀들(110)을 수직 방향으로 배열하여 배터리 모듈(100)을 형성하고, 각각의 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400)의 일면 또는 양면에 각각 2×3 개로 밀착 배치되도록 지지하여 배터리 팩(10)을 형성할 수 있다.
이때, 지지 프레임(400)의 내부에는 순환 유로(430)가 배치되고, 순환 유로(430)를 통하여 냉각 유체가 순환하면서 배터리 셀들(110)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 이를 위하여, 각각의 배터리 셀들(110)이 지지 프레임(400)에 균일하게 밀착되어, 배터리 셀들(110)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
배터리 팩(10)은 전기 자동차(1)의 차체(30) 내부의 한정된 공간에 적재될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 와이어에 의하여 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(400)에 적은 공간을 차지하도록 지지될 수 있다.
한편, 배터리 팩(10)은 그 자체를 자동차로부터 분리 가능한 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 차체(30) 내부에 장착될 수 있다. 또한, 냉각 유체는 시간이 지남에 따라 그 특성이 열화되거나, 그 량이 부족하게 될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 장착되어 전기 충전소와 같은 특정 장소에서 용이하게 냉각 유체를 교환하거나 보충할 수 있 게 된다. 따라서, 배터리 팩(10)의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 배터리 셀을 적층하여 형성되는 배터리 팩에서, 배터리 셀의 적재 공간을 줄이면서도 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서, 커버가 분리된 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩에서, 지지 프레임의 양면에 각각 배터리 모듈이 지지되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩에서, 제1 브래킷과 와이어 지지부재를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩에서, 제2 브래킷과 장력 조정부를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 지지 프레임의 단면에 각각 배터리 모듈이 지지되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서, 지지 프레임의 내부에 냉각 유체가 흐르는 순환 유로가 배치되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 사용되는 실시예로서, 내부에 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 수용되는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 배터리 팩, 100: 배터리 모듈,
200: 베이스, 300: 커버,
400: 지지 프레임, 410: 제1 브래킷,
420: 제2 브래킷, 430: 순환 유로,
1: 전기 자동차.

Claims (20)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈을 지지하는 지지 프레임;
    상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임에 와이어로 지지하는 지지부를 구비하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈이, 각각의 상기 배터리 셀들이 상기 지지 프레임에 접촉되어 지지되도록, 상기 지지 프레임에 지지되는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈이 상기 지지 프레임의 양면에 배치되어 지지되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지부가,
    상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 일 면에 지지하는 제1 브래킷,
    상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 다른 일 면에 지지하는 제2 브래킷, 및
    상기 제1 브래킷으로부터 상기 지지 프레임을 관통하여 상기 제2 브래킷으로 연결되는 와이어를 구비하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 와이어가 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들 사이를 지나가도록 배치되는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 브래킷 또는 상기 제2 브래킷이,
    상기 배터리 모듈에 포함되는 각각의 배터리 셀들의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면인 제1면과 접촉되도록 상기 배터리 셀들이 적층되는 방향으로 연장되는 연장부, 및
    상기 연장부로부터 절곡되어, 상기 배터리 모듈의 최상부에 위치되는 배터리 셀 또는 최하부에 위치되는 배터리 셀의 상기 제1면과 접속되는 면과 접촉되는 절곡부를 구비하는 배터리 팩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지지부가,
    상기 제1 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 지지하는 와이어 지지부재, 및
    상기 제2 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 장력을 조정 가능하도록 지지하는 장력 조정부를 구비하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와이어 지지부재가 상기 제1 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 상기 와이어를 지지하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 각형의 홈으로 형성되어 각형의 상기 와이어 지지부재의 적어도 일부가 삽입되는 지지홈이 형성되고,
    상기 지지홈을 관통하여 상기 와이어가 통과되는 관통홀이 형성되는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 장력 조정부가,
    일 측의 상기 와이어가 지지되고 상기 제2 브래킷을 관통하는 고정부, 및 다른 일 측의 상기 제2 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면으로 노출되고 외주면에 나사가 형성되는 나사부를 구비하는 지지 볼트, 및
    상기 지지 볼트의 상기 나사부와 결합되고 상기 제2 브래킷의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면과 접촉되는 지지 너트를 구비하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고정부가 각형이고, 상기 제2 브래킷에 상기 고정부가 삽입되는 각형의 관통홀인 지지홀이 형성되는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지지 프레임의 내부를 관통하여, 내부에 냉각 유체가 순환하는 순환 유로가 배치되는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 순환 유로와 일 단과 연결되고, 상기 냉각 유체가 수납되는 유체 탱크; 및
    상기 순환 유로의 다른 일단과 연결되고, 상기 유체 탱크의 상기 냉각 유체를 상기 순환 유로로 공급하는 펌프;를 더 구비하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    내부에 상기 유체 탱크와 상기 펌프를 수납하고, 상기 지지 프레임을 하부에서 지지하는 베이스를 더 구비하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈이 상기 지지 프레임의 일 면에 배치되어 지지되는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 지지부가,
    상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어, 상기 배터리 모듈을 상기 지지 프레임의 일 면에 지지하는 제2 브래킷,
    상기 지지 프레임을 관통하여 상기 제2 브래킷으로 연결되는 와이어,
    상기 지지 프레임에 설치되어 상기 와이어를 지지하는 와이어 지지부재, 및
    상기 제2 브래킷에 설치되어 상기 와이어를 장력을 조정 가능하도록 지지하는 장력 조정부를 구비하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 와이어 지지부재가 상기 지지 프레임의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 배치되어 상기 와이어를 지지하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지지 프레임의 상기 배터리 모듈과 접촉되는 면의 반대 면에 각형의 홈으로 형성되어 각형의 상기 와이어 지지부재의 적어도 일부가 삽입되는 지지홈이 형성되고,
    상기 지지홈을 관통하여 상기 와이어가 통과되는 관통홀이 형성되는 배터리 팩.
  19. 차체; 및
    상기 차체에 장착되는 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항의 배터리 팩을 구비하는 자동차.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 상기 차체에 퀵 드롭(quick drop)의 방식으로 장착되는 자동차.
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