KR20110081023A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20110081023A KR1020100074980A KR20100074980A KR20110081023A KR 20110081023 A KR20110081023 A KR 20110081023A KR 1020100074980 A KR1020100074980 A KR 1020100074980A KR 20100074980 A KR20100074980 A KR 20100074980A KR 20110081023 A KR20110081023 A KR 20110081023A
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Abstract

본 발명은 복수 개의 이차전지가 서로 적층되며 상기 이차전지를 수용하는 하우징 어셈블리를 구비하는 각 배터리 모듈을 구비하는 복수 개의 배터리 모듈; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 하우징 어셈블리 둘레에 연장되는 적어도 하나의 보강 플레이트를 구비하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복수 개의 이차전지를 적층하여 형성되는 배터리 모듈을 상하 또는 옆으로 적층하여 형성되는 배터리 팩의 구조에 관한 것이다.
가솔린 차량의 증가와 함께, 차량 배기가스에는 연소에 따른 질소 산화물, 불완전 연소로 인한 일산화 탄소 또는 탄화수소 등의 유해한 성분이 다량 함유되어 심각한 공해문제로 대두하였다. 또한, 화석연료의 고갈에 대한 예상에 따라 차세대 에너지원의 개발과 그에 따른 전기자동차의 개발은 중요한 화두가 되고 있다. 전기자동차의 상용화에 있어 전기자동차의 주행거리는 배터리의 성능에 따라 결정된다. 통상 배터리는 충분한 주행거리를 보장할 수 있는 전기에너지를 공급하기 어렵다. 만약 자동차가 휘발류, 경유 또는 가스 등의 에너지원을 사용할 경우에는 주유소나 가스충전소에서 신속한 연료의 재충전이 가능하다. 그러나 전기자동차의 경우, 만약 전기 충전소가 설치되는 경우에도 충전하는데 시간이 오래 걸려 상용화되는데 걸림돌로 작용하고 있다. 이에 따라, 전기자동차에 관한 다른 기술들에 비해 배터리의 성능 향상은 중요한 문제로 인식되고 있다.
이에 따라 전기의 충전 및 방전이 가능한 이차 전지가 주목을 받아왔다. 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 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비할 수 있다. 전해액은 리튬 이온을 포함할 수 있다. 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극 탭을 각각 구비할 수도 있다.
전극 조립체는 케이스의 내부에 수납되고, 케이스의 외부로는 전극 단자가 노출될 수도 있다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결될 수도 있다. 케이스는 원통형 또는 각형이 될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 처짐 현상을 개선한 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수 개의 이차전지가 서로 적층되며 상기 이차전지를 수용하는 하우징 어셈블리를 구비하는 각 배터리 모듈을 구비하는 복수 개의 배터리 모듈; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 하우징 어셈블리 둘레에 연장되는 적어도 하나의 보강 플레이트를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 보강 플레이트와 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 보강 플레이트가 서로 결합될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트에 연결되는 적어도 하나의 연결 부재를 더 구비할 수 있다.
상기 적어도 하나의 연결부재는 상기 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 및 상기 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트에 용접에 의해 연결될 수 있다.
상기 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 중 하나는 상기 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 중 하나와 상기 연결 부재에 의해 떨어져 배치될 수 있다.
적어도 상기 보강 플레이트 중 하나는 각각 자신으로부터 연장되는 적어도 하나의 연결부를 구비할 수 있다.
상기 각 연결부는 나사결합부가 형성될 수 있다.
상기 적어도 한 연결부는 상기 보강 플레이트로부터 상기 이차전지에서 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부는 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 인접한 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부와 엇갈려 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 연결부와 연결되는 적어도 한 연결부재를 더 구비할 수 있다.
적어도 한 상기 연결 부재에 복수 개의 개구부가 형성되며 상기 각 개구부는 상기 연결부 중 하나를 수용하도록 구성될 수 있다.
적어도 한 상기 연결 부재는 각각 복수 개의 상기 보강 플레이트 중 적어도 하나의 다른 보강 플레이트와 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 어느 한 배터리 모듈의 상기 하우징 어셈블리의 둘레를 완전히 감싸도록 연장된 적어도 한 상기 보강 플레이트를 구비할 수 있다.
상기 하우징 어셈블리는 상기 이차전지의 제1측 및 제2측을 따라 각각 연장되는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 구비하며 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는 적어도 하나의 상기 보강 플레이트를 수용하는 그루브가 형성될 수 있다.
상기 하우징 어셈블리는 상기 이차전지의 제3측을 따라 연장되는 제3 플레이트를 더 구비하며 상기 제3 플레이트는 적어도 하나의 상기 보강플레이트 중 하나를 수용하도록 그루브가 형성될 수 있다.
상기 이차전지는 각각 적어도 하나의 상기 보강 플레이트로부터 절연되는 전극 단자 덮개로 덮여있는 전극 단자를 구비할 수 있다.
상기 적어도 하나의 각 보강 플레이트의 형상은 실질적으로 사각형일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 이차전지가 서로 적층되며 상기 이차전지를 수용하는 하우징 어셈블리를 구비하는 각 배터리 모듈을 구비하는 복수 개의 배터리 모듈; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 고정하기 위하여 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈에 연결된 연결 부재를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 모듈에 배치되는 복수 개에 보강 플레이트를 더 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈을 고정하기 위해 상기 연결 부재는 상기 복수 개의 보강 플레이트에 연결될 수 있다.
상기 연결 부재는 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈의 하우징 어셈블리에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 이차전지의 자중에 의한 처짐 현상을 개선할 수 있으며 상하좌우에 배치된 배터리 모듈을 일체로 지지하는 배터리 모듈의 구조를 개시하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 배터리 모듈의 개략적 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 결합된 상태를 도시한 개략적 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 실시예의 개략적 정면도이다.
도 5는 도 3의 실시예의 제1 변형예의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 실시예를 적층한 배터리 팩의 개략적 정면도이다.
도 7은 도 2의 실시예에서 제1 연결부재의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 실시예의 개략적 정면도이다.
도 9는 도 3의 실시예의 제2 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 측면 플레이트에 측면홈이 형성된 것을 도시한 개략적 사시도이다.
도 11은 도 1의 실시예가 복수 개의 열을 지어 적층한 것을 도시한 개략적 사시도이다.
도 12는 도 11의 개략적 정면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(300)은 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(1)이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 각각의 배터리 모듈(1)은 적어도 하나 이상의 이차전지(10)들이 상하 및/또는 옆으로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 각각의 배터리 모듈(1)에서 복수개의 이차전지(10)의 무게로 인하여 배터리 모듈(1)에서 쳐짐 현상이 발행할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(1)에서의 처짐 현상으로 인한 진동 현상이 발생할 수 있다.
이때, 먼저 배터리 팩(300)에 대하여 설명한다. 배터리 팩(300)은 복수 개의 배터리 모듈(1)을 구비할 수 있다. 이때, 배터리 모듈(1)은 복수 개의 이차전지(10)를 소정의 방향으로 배열하여 상호 간에 전기적으로 연결하여 구성할 수 있다. 이때, 이차전지는 리튬이차전지 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 배터리 모듈(1)은 12개의 이차전지를 구비할 수 있고, 배터리 팩(300)은 배터리 모듈(1)을 네 층으로 쌓아 총 8개의 배터리 모듈(1)을 구비할 수 있다. 물론, 이차전지 또는 배터리 모듈(1)의 개수는 이에 제한되지 않으며 당업자라면 다양한 변형예가 가능한 것을 알 수 있을 것이다. 이때, 배터리 팩(300)을 구성하기 위하여 복수 개의 배터리 모듈(1)을 적층시 각 배터리 모듈을 연결하고 배터리 팩(300)의 구조적 안정성을 증대할 필요성이 있다.
따라서, 이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 배터리 모듈(1)간의 구조적 결합력을 증가시키는 보강 플레이트(60, 160, 260)를 구비한 배터리 팩(300)을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 배터리 모듈(1, 100, 200)의 개략적 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 실시예의 결합된 상태를 도시한 개략적 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1, 100, 200)의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2의 실시예의 정면도이다.
배터리 팩(300)은 배터리 모듈(1)을 적층하여 구비한다. 먼저, 도 3를 참조하여 배터리 모듈(1)에 대해 설명한다. 배터리 모듈(1)은 복수 개의 이차전지(10), 상부 플레이트(20), 하부 플레이트(30), 측면 플레이트(40), 및 엔드 플레이트(50)를 구비한다.
여기서, 이차전지(10)는 전극 조립체, 케이스(11) 및 전극 단자(12)를 구비한다. 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터, 및 음극을 구비하며, 권취형 또는 적층형으로 형성할 수 있다. 케이스(11)는 내부에 전극 조립체를 수용한다. 이차전지(10)는 케이스(11)를 뚫고 외부와 전기적으로 연결되기 위해서 전극 단자(12)를 가질 수 있다. 이때, 케이스(11)는 벤트(13)를 가질 수 있다. 벤트(13)는 설정된 내부 압력에 따라 파단될 수 있도록 홈이 형성될수 있다. 따라서, 벤트(13)는 케이스(11)내에 가스 등이 발생하게 되면 구멍이 뚫려 가스가 새어나갈 수 있도록 상대적으로 약하게 구성될 수 있다. 케이스(11)의 개구부에는 캡 플레이트가 결합될 수 있다. 캡 플레이트는 얇은 판으로 이루어질 수 있다. 캡 플레이트에는 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성될 수 있다. 전해액 주입구는 전해액이 주입된 후에 밀봉마개로 밀봉될 수 있다.
복수 개의 이차전지(10)가 서로 맞대어 소정의 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 이차전지(10)는 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이때, 이차전지(10)는 병렬로 연결되거나, 직렬로 연결되거나, 직렬 및 병렬이 혼합되어 연결될 수 있다. 이차전지(10)를 병렬 또는 직렬로 연결하기 위해서 이차전지(10)의 전극이 교대로 양극과 음극이 서로 엇갈리도록 배열할 수도 있다. 이때, 이차전지(10)의 전극 단자(12)는 버스바(14)를 통해 서로 연결될 수 있다.
이때, 이차전지(10)는 도면에 도시된 바와 같이 통상의 각형 이차전지가 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 원형 이차전지 또는 파우치형 이차전지를 포함한 다양한 종류의 전지 셀이 적용될 수 있다. 이때 적층되는 이차전지(10)의 연결 구조 및 개수는 설계 시 요구되는 충전 및 방전 용량을 고려하여 정해질 수 있다.
리튬을 구비한 이차전지(10)는 충방전을 통해 전극조립체가 팽창 또는 수축하게 된다. 이러한 전극조립체의 팽창과 수축은 케이스(11)에 물리력으로 작용하고, 이에 따라 케이스(11)는 전극조립체의 변화에 상응하는 물리적 팽창과 수축을 하게 된다. 반복되는 팽창과 수축을 통해 케이스(11)의 변형이 고착화 되기도 하며, 이와 같은 부피의 팽창은 저항을 증가시켜 이차전지(10)의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(50)는 소정의 방향으로 배열하여 상호 간에 전기적으로 연결된 복수 개의 이차전지(10) 양 단에 한 쌍으로 배치될 수 있고, 측면 플레이트(40)는 엔드 플레이트(50)의 측부에 연결되어 복수 개의 이차전지(10)가 팽창과 수축에 의해서 길이방향으로 더 연장되지 않도록 압축 고정할 수 있다.
상부 플레이트(20)는 복수 개의 이차전지(10) 상부에 배치되며 엔드 플레이트(50) 상부에 연결된다. 이때, 상부 플레이트(20)는 이차전지(10)의 벤트(13)에 대응하여 개구부(20a)를 형성할 수 있다. 또한, 상부 플레이트(20)는 U자형으로 길이방향 양쪽으로 배터리 모듈(1)로부터 멀어지는 방향으로 상부 플레이트 절곡부(20b)를 가질 수 있다. 상부 플레이트 절곡부(20b)의 안쪽에는 밀봉부재(21)를 구비할 수 있다. 이때, 밀봉부재(21)는 예를 들어 고무 등을 사용할 수 있다. 또한, 상부 플레이트(20)의 개구부(20a)는 벤트(13)에서 가스 발생시 가스가 인접한 이차전지(10)에 영향을 주지 않고 상부 플레이트(20)의 개구부(20a)로 유출되도록 상부 플레이트(20)와 벤트(13)사이에 밀봉링(O)을 구비할 수 있다. 이때, 밀봉링(O)은 예를 들어 O링 등을 사용할 수 있다. 이때, 엔딩 플레이트(50)의 상부 중앙에는 상부 플레이트(20)를 안착시킬 수 있도록 홈(50a)이 형성될 수 있다. 이때, 상부 플레이트(20)의 개구부(20a)를 이차전지(10)에 밀착시킬 수 있다.
하부 플레이트(30)는 복수 개의 이차전지(10)의 하중을 지지하도록 이차전지(10)의 하부에 배치되며, 엔드 플레이트(50)의 하부에 연결된다. 이차전지(10)의 하중을 견디기 위하여 하부 플레이트(30)는 하부 플레이트 절곡부(30a)를 구비할 수 있다. 이때, 하부 플레이트 절곡부(30a)는 하부를 향해 오픈된 구조를 가질 수 있다.
엔드 플레이트(50)는 배터리 모듈(1)이 상하 및/또는 좌우로 적층되어 배터리 팩(300)을 형성할 수 있도록 인접하여 적층되는 배터리 모듈(1)과 엔드 플레이트(50)끼리 체결되어 서로 지지될 수 있다.
보강 플레이트(60)는 복수 개의 배터리 모듈(1)을 구조적으로 연결하는 플레이트이다. 보강 플레이트(60)는 여러 형태를 가질 수 있으며 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 "ㅁ"자 형태의 플레이트로 배터리 모듈(1)의 외곽을 감쌀 수 있다. 이때, 이차전지(10)의 전극 단자(12)는 전극 단자 덮개(15)가 덮여 있어 보강 플레이트(60)와 전극 단자(12)가 닿아 쇼트되는 것을 막을 수 있다. 도 3에는 보강 플레이트(60)가 상부 플레이트(20), 측면 플레이트(40), 및 하부 플레이트(30)의 외곽을 둘러 배터리 모듈(1)을 지지할 수 있다. 이와 같이 배터리 모듈(1)에 배치된 보강 플레이트(60)는 인접한 배터리 모듈(100, 200)의 보강 플레이트(160, 260)와 연결되어 적층된 배터리 모듈(1, 100, 200)의 구조를 유지할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 배터리 모듈(1, 100, 200)은 각각 세 개의 보강 플레이트(60, 160, 260)를 구비하고 있다. 그러나 각 배터리 모듈(1, 100, 200)에 배치될 수 있는 보강 플레이트(60, 160, 260)의 개수는 이에 제한되지 않으며 다양한 개수의 보강 플레이트(60, 160, 260)를 구비할 수 있다.
도 1, 도 2 또는 도 4를 참조하여 보강 플레이트(60, 160, 260)를 설명한다. 여기서, 배터리 팩(300)은 복수 개의 배터리 모듈(1, 100, 200)을 적층 하여 구성할 수 있다. 이때, 적층 할 수 있는 배터리 모듈(1, 100, 200)의 개수는 이에 제한되지 않는다. 다만, 설명의 편의를 도 1에서는 배터리 모듈(1,100,200)을 3단으로 적층하였다. 도 1, 도 2 또는 도 4를 설명함에 있어서, 기준이 되는 배터리 모듈(1)을 기준으로 하부에 배치되는 배터리 모듈을 제2 배터리 모듈(100)로 설명하였다. 또한, 배터리 모듈(1)을 기준으로 상부에 배치되는 배터리 모듈을 제3 배터리 모듈(200)로 설명하였다. 각 배터리 모듈(1,100,200)간 위치관계를 명확히 하기 위해 각각, 제1 배터리 모듈(1), 제2 배터리 모듈(100), 제3 배터리 모듈(200)으로 설명하였으나 각 배터리 모듈(1,100,200)의 구성요소는 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서, 제1 배터리 모듈(1)의 보강 플레이트(60)는 인접한 제2 배터리 모듈(100)과 제3 배터리 모듈(200)의 보강 플레이트(160, 260)와 결합을 위하여 예를 들어 나사 결합이 용이한 연결부(60a)를 구비할 수 있다. 즉 이때, 제1 배터리 모듈(1)의 보강 플레이트(60)와 인접한 제2 배터리 모듈(100)과 제3 배터리 모듈(200)의 보강 플레이트(160, 260)는 연결부(60a, 160a, 260a)를 통해 제1 연결부재(70)와 연결될 수 있다. 이때, 연결부(60a, 160a, 260a)와 제1 연결부재(70, 170)는 예를 들어 나사결합으로 결합될 수 있다. 그러나 보강 플레이트(60, 160, 260)간의 결합 방법은 이러한 나사결합에 제한되지 않으며 다양한 방법의 결합이 가능하다. 예를 들어 용접 등을 통해서도 결합될 수 있다. 이와 같이 제1 배터리 모듈(1)과 인접한 제2 배터리 모듈(100) 및 제3 배터리 모듈(200)이 제1 연결부재(70, 170) 등에 의하여 결합되므로 배터리 팩(300)의 전체적인 구조적 안정성을 높일 수 있다. 또한, 보강 플레이트(60, 160, 260)는 하부 플레이트(30, 130, 230)뿐만 아니라 상부 플레이트(20, 120, 220)및 측면 플레이트(40, 140, 240)와 구조적으로 연결되어 있다. 따라서 보강 플레이트(60, 160, 260)는 이차전지(10, 110, 210)등의 하중을 구조적으로 분산시켜 쳐짐 현상을 막을 수 있는 효과가 있다.
이때, 상부 플레이트의 절곡부(20b, 120b, 220b) 또는/및 하부 플레이트의 절곡부(30a, 130a, 230a)는 소정 이하의 높이 값을 가질 수 있다. 도 4를 참조하면 상부 플레이트의 절곡부(20b, 120b, 220b)와 하부 플레이트의 절곡부(30a, 130a, 230a)가 포개어져 결합될 경우 보강 플레이트(60, 160, 260)가 상부 플레이트(20, 120, 220)위로 또는 하부 플레이트(30, 130, 230) 아래로 형성되기 어렵다. 따라서, 상부 플레이트의 절곡부(20b, 120b, 220b)는 소정 이하의 높이를 가져 보강 플레이트(60, 160, 260)가 상부 플레이트(20, 120, 220) 상에 형성될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 하부 플레이트의 절곡부(30a, 130a, 230a) 역시 소정 이하의 높이를 가짐으로 보강 플레이트(60, 160, 260)가 하부 플레이트(30, 130, 230) 아래 형성되도록 할 수 있다. 이때, 상부 플레이트의 절곡부(20b, 120b, 220b)와 하부 플레이트의 절곡부(30a, 130a, 230a)중 어느 한 절곡부만 소정 이하의 높이를 가질 수도 있고 두 절곡부 모두 소정 이하의 높이를 가질 수도 있다.
이때, 보강 플레이트(60)가 배터리 모듈(1)의 외곽을 감싸며 형성된다는 것은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(20), 하부 플레이트(30), 및 측면 플레이트(40)의 외곽을 모두 감싸며 형성되는 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 5 또는 도 6을 참조하면, 보강 플레이트(60)는 상부 플레이트(20) 및 측면 플레이트(40)의 외곽을 지나고 이차전지(10)와 하부 플레이트(30) 사이를 지나도록 형성될 수 있다. 도 5는 도 3의 실시예의 제1 변형예를 도시한 배터리 모듈(1')의 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 실시예를 적층한 배터리 팩(400)의 개략적 정면도이다. 여기서, 보강 플레이트(60)는 하부 플레이트(30)와 이차전지(10)사이에 배치될 수도 있다. 이와 같이, 보강 플레이트(60)가 하부 플레이트(30)와 이차전지(10)사이에 배치되면 보강 플레이트(60)가 하부 플레이트(30) 아래를 지나도록 형성되지 않아도 된다. 또한 도시되어 있지 않으나 보강 플레이트(60)는 상부 플레이트(20)와 이차전지(10)사이와 하부 플레이트(30)와 이차전지(10)사이를 지날 수도 있다. 이와 같이 보강 플레이트(60)를 배치하면 예를 들어 제1 배터리 모듈(1)의 하부 플레이트(30)와 제2 배터리 모듈(100)의 상부 플레이트(120)의 결합을 저해하지 않을 수 있다. 이와 같이 보강 플레이트(60)는 상부 플레이트(20), 하부 플레이트(30), 및 측면 플레이트(40)의 모든 외곽에 배치되는 것에 제한되지 않으며 상기 플레이트 중 적어도 어느 한 플레이트 안쪽에 배치되어 형성될 수도 있다.
또한, 보강 플레이트(60, 160, 260) 간의 결합 방법 역시 다양하게 결합할 수 있다. 예를 들어 도 7 또는 도 8을 참조하면 각 배터리 모듈(1, 100, 200)에 배치된 보강 플레이트(60, 160, 260)가 연결 플레이트(C)에 결합하여 각 배터리 모듈(1, 100, 200)의 구조를 유지할 수 있다. 여기서, 연결 플레이트(C)는 일체의 플레이트로 구성될 수 있다. 따라서 복수 개의 제1 연결부재(70, 170, 270)를 사용하는 것에 비하여 단일 연결 플레이트(C)를 사용하여 구조적 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다. 이때, 보강 플레이트(60, 160, 260)와 연결 플레이트(C)의 결합은 보강 플레이트(60, 160, 260)의 연결부(60a, 160a, 260a)와 연결 플레이트(C)간의 나사결합을 통해 이루어 질 수도 있다. 또는 보강 플레이트(60, 160, 260)와 연결 플레이트(C)간에 용접을 통해 결합될 수도 있다.
이때, 보강 플레이트(60, 160, 260)와 결합성을 용이하게 하며 보강 플레이트(60, 160, 260)가 차지하는 공간을 최소화 하기 위하여 배터리 모듈(1, 100, 200)의 구성요소는 홈을 구비할 수 있다. 도 9 또는 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는 도 3의 실시예의 제2 변형예를 도시한 배터리 모듈(1")의 분해 사시도이다. 도 10은 측면 플레이트(40')에 측면홈(40'g)이 형성된 것을 도시한 개략적 사시도이다.
도 9를 참조하면 상부 플레이트(20')에 보강 플레이트(60)에 대응하여 상부홈(20'g)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상부 플레이트(20')에 상부홈(20'g)이 형성되어 보강 플레이트(60)가 움직이지 않도록 지지할 수 있으며 보강 플레이트(60)가 상부홈(20'g)의 깊이만큼 안쪽으로 돌게 되므로 보강 플레이트(60)가 차지하는 공간을 줄일 수도 있다. 또는 하부 플레이트(30')에 하부홈(30'g)이 형성되어 보강 플레이트(60)가 움직이지 않도록 지지할 수 있다. 이때 보강 플레이트(60)가 하부홈(30'g)의 깊이만큼 안쪽으로 들어오게 되므로 보강 플레이트(60)가 차지하는 공간을 줄일 수도 있다. 이때 상부 플레이트(20') 또는 하부 플레이트(30') 중 적어도 어느 한 플레이트에 홈이 형성될 수도 있다. 그러나 홈이 형성될 수 있는 위치는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 도 10을 참조하면 측면 플레이트(40')에 측면홈(40'g)이 형성될 수 있다. 이때 보강 플레이트(60)가 측면홈(40'g)의 깊이만큼 안쪽으로 들어오게 되므로 보강 플레이트(60)가 차지하는 공간을 줄일 수도 있다. 이와 같이 상부홈(20'g), 하부홈(30'g), 또는 측면홈(40'g) 중 적어도 어느 한 홈의 결합으로 보강 플레이트(60)가 움직이지 않도록 지지할 수 있고 보강 플레이트(60)가 차지하는 공간을 최소로 하여 보강 플레이트(60)가 타 구성요소의 구조적 자유도를 막지 않도록 할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)의 적층 방법은 이에 제한되지 않으며 다양한 방법으로 적층될 수 있다. 또한 이에 따라 인접한 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)는 서로 결합할 수 있다. 예를 들어 도 11 내지 도 12를 참조하면 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)이 복수 개의 열을 이루어 적층될 수 있다. 도 11은 도 1의 실시예가 복수 개의 열을 지어 적층한 것을 도시한 개략적 사시도이다. 도 12는 도 11의 실시예의 개략적 정면도이다. 여기서, 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)는 인접하여 배치된 타 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)의 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)와 제1 연결부재(70, 170, 270, 1070, 1170)로 나사 결합될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여 각 배터리 모듈을 도면 부호에 따라 각각 제1 배터리 모듈(1), 제2 배터리 모듈(100), 제3 배터리 모듈(200), 제4 배터리 모듈(1001), 제5 배터리 모듈(1100), 및 제6 배터리 모듈(1200)이라 한다. 여기서, 제1 배터리 모듈(1)의 제1 연결부(60a)와 제2 연결부(60b)는 엔드 플레이트(50)의 중심을 기준으로 서로 대칭이 아닐 수 있다. 이와 같이 제1 연결부(60a)와 제2 연결부(60b)가 서로 대칭이 아니므로 인접한 제4 배터리 모듈(1001)과 인접하여 배치할 때 각 연결부가 서로 간섭되지 않아 부피를 최소화할 수 있다. 즉 도 12를 참조하면 제1 배터리 모듈(1)의 제2 연결부(60b)와 제4 배터리 모듈(1001)의 제1 연결부(1060a)는 서로 비대칭으로 배치되어 있다. 따라서 각 제2 연결부(60b)와 제1 연결부(1060a)는 서로 간섭하지 않으며 따라서 제1 배터리 모듈(1)과 제4 배터리 모듈은 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)는 상하간의 구조적 연결뿐 아니라 좌우의 연결도 수행할 수 있다. 예를 들어 제3 배터리 모듈(200)와 인접한 제6 배터리 모듈(1200)은 제1 연결부재(270)를 통해 서로 연결될 수 있다. 이와 같이 최상위에 배치되는 배터리 모듈(200)의 보강 플레이트(260, 1260)는 제3 연결부(260c, 1260c)를 구비할 수 있다. 이와 마찬가지로 최하위에 배치된 제2 배터리 모듈(100) 및 제5 배터리 모듈(1100)은 서로 연결될 수 있다. 예를 들어 제2 배터리 모듈(100)이 구비한 제3 연결부(160c)와 제5 배터리 모듈(1100)이 구비한 제3 연결부(160c)는 제1 연결부재(1170)에 의해 서로 기계적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)는 상하 구조만을 연결하는 것이 아니라 상하 좌우에 인접한 보강 플레이트(60, 160, 260, 1060, 1160, 1260)와 기계적으로 연결될 수 있다. 이때, 이러한 연결방법은 도 11 또는 도 12에 도시된 바와 같이 나사결합에 제한되지 않으며 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다. 또한 연결방법은 제1 연결부재(70, 170, 270, 1070, 1170, 1270)를 통한 연결에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 일체의 연결 플레이트(C)를 통해 상하좌우에 대치된 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)을 연결할 수 있다. 또한 연결 플레이트(C)를 통해 용접될 수도 있다.
또한 도시되어있지 않지만 복수 개의 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)의 외곽을 단일한 연결 플레이트(C)가 둘러싸 복수 개의 배터리 모듈(1, 100, 200, 1001, 1100, 1200)을 예를 들어 나사결합 등에 의해 지지 고정할 수도 있다.
이와 같이 복수개의 배터리 모듈(1)을 적층한 배터리 팩(300)은 전기 자동차에 적용될 수 있다. 이차전지(10)를 구비한 배터리 팩(300)이 폭발 또는 다른 이유에 의해 가스가 발생하게 되면, 유독가스는 짧은 시간에 폭발적으로 발생하게 된다. 이때 발생하는 유독가스가 사람 등이 사용하는 승합 공간 내에 유입되면 인체에 유해한 영향을 미친다. 여기서, 배터리 팩(300)을 밀봉 케이스 내부에 수용하여 밀봉하고, 밀봉 케이스는 외부로 연결될 수 있다. 이러한 위험을 회피하기 위하여 배터리 팩(300)에 진동을 줄이는 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(300)에서는 보강 플레이트(60)가 배터리 모듈(1)에서 처짐 현상이 발생하는 부분을 지지하도록 함으로써, 배터리 모듈(1)의 처짐 현상 및 진동 현상을 완화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 복수 개의 이차전지를 적층하여 형성되는 배터리 모듈(1)을 상하 및/또는 옆으로 적층하여 형성되는 배터리 팩(300)에서, 배터리 모듈의 처짐 현상 및 진동 발생을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도 13을 참조하면, 도시된 바와 같이 배터리 팩(700)은 배터리 모듈(1, 100, 200)을 구비한다. 배터리 팩(700)은 보강 플레이트(760)를 구비하며, 보강 플레이트(760)는 배터리 모듈(1, 100, 200) 주변 만을 감싸기 보다는 배터리 팩(700)의 외곽 전체를 둘러싸도록 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도 14를 참조하면, 도시된 바와 같이 배터리 팩(800)은 배터리 모듈(1, 100, 200)을 구비할 수 있다. 배터리 팩(800)은 배터리 모듈(1, 100, 200)의 측면 플레이트(40, 140, 240)를 직접 결합하는 연결 부재(71, 171)를 구비할 수 있다. 일 예로, 인접한 배터리 모듈(1, 100, 200)의 두 측면 플레이트(40, 140, 240)을 하나의 연결 부재(71, 171)로 연결될 수 있다. 연결 부재(71, 171)는 측면 플레이트(40, 140, 240)에 연결영역(71a, 171a)이 용접되거나 볼트와 너트 등의 조임장치에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도 15를 참조하면, 도시된 바와 같이 배터리 팩(900)은 배터리 모듈(1, 100, 200)을 구비할 수 있다. 배터리 팩은 측면 플레이트(40, 140, 240)에 연결된 보강 플레이트(62, 162, 262)및 인접한 배터리 모듈(1, 100, 200)의 측면 플레이트(40, 140, 240)의 보강 플레이트(62, 162, 262)에 직접 연결된 연결부재(72, 172)를 더 구비할 수 있다. 연결 부재(71, 171)는 보강 플레이트(62, 162, 262)에 연결영역(71a, 171a)이 용접되거나 볼트와 너트 등의 조임장치에 의해 결합될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다
본 발명은 배터리 팩을 이용 및 제조하는 산업에 이용될 수 있다.
1, 100, 200: 배터리 모듈
10: 이차전지
20, 120, 220: 상부 플레이트
20a: 개구부
20b: 절곡부
30, 130, 230: 하부 플레이트
40, 140, 240: 측면 플레이트
50: 엔드 플레이트
60, 62, 160, 162, 260, 262: 보강 플레이트
70, 170: 제1 연결부재
300: 배터리 팩

Claims (20)

  1. 복수 개의 이차전지가 서로 적층되며 상기 이차전지를 수용하는 하우징 어셈블리를 구비하는 각 배터리 모듈을 구비하는 복수 개의 배터리 모듈; 및
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 하우징 어셈블리 둘레에 연장되는 적어도 하나의 보강 플레이트를 구비하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 보강 플레이트와 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 보강 플레이트가 서로 결합된 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트에 연결되는 적어도 하나의 연결 부재를 더 구비하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연결부재는 상기 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 및 상기 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트에 용접에 의해 연결되는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 중 하나는 상기 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트 중 하나와 상기 연결 부재에 의해 떨어져 배치된 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 보강 플레이트 중 하나는 각각 자신으로부터 연장되는 적어도 하나의 연결부를 구비한 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각 연결부는 나사결합부가 형성된 배터리 모듈
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 한 연결부는 상기 보강 플레이트로부터 상기 이차전지에서 멀어지는 방향으로 연장된 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부는 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 인접한 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부와 엇갈려 배치되는 배터리 팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 상기 연결부 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제2 배터리 모듈의 적어도 하나의 상기 보강 플레이트의 적어도 하나의 연결부와 연결되는 적어도 한 연결부재를 더 구비하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    적어도 한 상기 연결 부재에 복수 개의 개구부가 형성되며 상기 각 개구부는 상기 연결부 중 하나를 수용하도록 구성된 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    적어도 한 상기 연결 부재는 각각 복수 개의 상기 보강 플레이트 중 적어도 하나의 다른 보강 플레이트와 연결된 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 어느 한 배터리 모듈의 상기 하우징 어셈블리의 둘레를 완전히 감싸도록 연장된 적어도 한 상기 보강 플레이트를 구비하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 어셈블리는 상기 이차전지의 제1측 및 제2측을 따라 각각 연장되는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 구비하며 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는 적어도 하나의 상기 보강 플레이트를 수용하는 그루브가 형성된 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 하우징 어셈블리는 상기 이차전지의 제3측을 따라 연장되는 제3 플레이트를 더 구비하며 상기 제3 플레이트는 적어도 하나의 상기 보강플레이트 중 하나를 수용하도록 그루브가 형성된 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 각각 적어도 하나의 상기 보강 플레이트로부터 절연되는 전극 단자 덮개로 덮여있는 전극 단자를 구비하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 각 보강 플레이트의 형상은 실질적으로 사각형인 배터리 팩.
  18. 복수 개의 이차전지가 서로 적층되며 상기 이차전지를 수용하는 하우징 어셈블리를 구비하는 각 배터리 모듈을 구비하는 복수 개의 배터리 모듈; 및
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 고정하기 위하여 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈에 연결된 연결 부재를 구비하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈에 배치되는 복수 개에 보강 플레이트를 더 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈을 고정하기 위해 상기 연결 부재는 상기 복수 개의 보강 플레이트에 연결되는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈의 하우징 어셈블리에 연결된 배터리 팩.
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