KR20120117521A - 구조적 안정성이 우수한 전지팩 - Google Patents

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KR20120117521A
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 둘 이상의 전지셀들, 또는 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 전기적 연결되어 있는 전지모듈들을 탑재하고 있는 전지팩으로서, 전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트; 전지모듈들을 외부로부터 보호하기 위해 전지모듈들의 외면을 감싸고 있는 팩 커버; 상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 좌측에 위치하고 있는 제 1 엔드 플레이트; 최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 우측에 위치하고 있는 제 2 엔드 플레이트; 및 상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 선택되는 적어도 하나의 엔드 플레이트에서, 상기 엔드 플레이트의 상단면, 제 1 측면 및 제 2 측면으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 부위에서 팩 커버와 결합되어 있는 보강부재;를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.

Description

구조적 안정성이 우수한 전지팩 {Battery Pack of Excellent Structural Stability}
본 발명은 구조적 안정성이 우수한 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 둘 이상의 전지셀들, 또는 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 전기적 연결되어 있는 전지모듈들을 탑재하고 있는 전지팩으로서, 전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트, 전지모듈들의 외면을 감싸고 있는 팩 커버, 전지모듈들의 좌측에 위치하고 있는 제 1 엔드 플레이트, 전지모듈들의 우측에 위치하고 있는 제 2 엔드 플레이트, 및 상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트로 선택되는 적어도 하나의 엔드 플레이트에서, 상기 엔드 플레이트의 상단면, 제 1 측면 및 제 2 측면으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 부위에서 팩 커버와 결합되어 있는 보강부재를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 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 금속수소(Ni-MH) 전지가 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
이러한 이차전지가 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬로 연결하거나, 경우에 따라서는 직렬 및 병렬로 연결하여 전지팩을 구성하고 있다.
그러나, 종래의 전지팩은 구조적 안정성이 높지 못하고, 특히 진동 등의 외력에 취약한 문제점이 있다. 이러한 문제점들은 전기자동차 등과 같이 외력이 많이 작용하는 디바이스에 사용되는 전지팩에 특히 심각한다.
따라서, 전지팩에서 전지모듈들의 적층 구조를 안정적으로 유지하고, 외력이 전지모듈들에 인가되더라도 진동에 대한 구조 강도를 향상시킬 수 있는 특정 구조의 전지팩에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈들을 베이스 플레이트와 제 1엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트에 의해 전지모듈을 지지하고 전지모듈들의 외면을 팩 커버로 감쌈으로써, 전지모듈들을 안정적으로 지지할 수 있는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
또한, 보강부재를 포함함으로써 외력이 전지모듈들에 인가되더라도 진동에 대한 구조 강도를 향상시킬 수 있는 특정 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
둘 이상의 전지셀들, 또는 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 전기적 연결되어 있는 전지모듈들을 탑재하고 있는 전지팩으로서,
전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트;
전지모듈들을 외부로부터 보호하기 위해 전지모듈들의 외면을 감싸고 있는 팩 커버;
상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 좌측에 위치하고 있는 제 1 엔드 플레이트;
최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 우측에 위치하고 있는 제 2 엔드 플레이트; 및
상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 선택되는 적어도 하나의 엔드 플레이트에서, 상기 엔드 플레이트의 상단면, 제 1 측면 및 제 2 측면으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 부위에서 팩 커버와 결합되어 있는 보강부재;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈들을 베이스 플레이트와 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트에 의해 전지모듈을 지지하고 전지모듈들의 외면을 팩 커버로 감쌈으로써, 전지모듈들을 외력으로부터 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 전지팩에서 팩 커버는 전지모듈들을 외부로부터 보호하고 냉각을 위한 공간을 확보하기 위해 사용되고, 한 쌍의 엔드 플레이트 중, 예를 들어, 전지모듈들의 우측 단부에 위치한 엔드 플레이트는 전지모듈들과 다른 주요 부품인 전장부품의 공간을 분리하고 구조적으로 보강재의 역할을 수행하기 위해 사용된다.
그러나, 이러한 구조의 전지팩 설계에서는 팩 커버가 진동에 대한 강도 향상에 크게 기여를 하지 못할 수 있다. 구체적으로, 상기 구조에서, 전지모듈들의 우측 단부에 위치한 엔드 플레이트는 전지모듈들과 기타 부품을 공간적으로 분리하는 역할만 수행할 뿐 전지모듈들이 외력에 의해 흔들리지 않도록 보강하는 역할을 수행하지 못하는 문제점이 있을 수 있다.
반면에, 본 발명에 따르면, 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 선택되는 적어도 하나의 엔드 플레이트에서, 상기 엔드 플레이트의 상단면, 제 1 측면 및 제 2 측면으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 부위에서 팩 커버와 결합되어 있는 보강부재를 포함하고 있으므로, 전지팩의 무게를 크게 증가시키지 않으면서 전지팩 전체의 진동에 대한 구조 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에서의 상기 단위모듈은 이차전지 자체이거나 또는 둘 또는 그 이상의 이차전지들을 내장한 형태의 소형 모듈일 수 있다. 둘 또는 그 이상의 이차전지들을 내장한 형태의 단위모듈의 예로는 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-12303호의 모듈을 들 수 있다. 상기 출원에서의 단위모듈은 두 개의 이차전지들을 서로 대면하도록 밀착시킨 상태로 입출력 단자가 형성되어 있는 프레임 부재에 장착된 구조로 이루어져 있다.
단위모듈의 또 다른 예로는 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-20772호와 제2006-45444호의 모듈들을 들 수 있다. 이들 출원들에서의 단위모듈은 두 개의 이차전지들을 서로 대면하도록 밀착시킨 상태로 그것의 외면을 한 쌍의 고강도 셀 커버로 감싼 구조로 이루어져 있다.
상기 출원들은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 본 발명의 전지모듈에서 단위모듈의 구조가 상기 출원들의 예로 한정되는 것이 아님은 물론이다.
상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있으며, 바람직하게는 파우치형 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 베이스 플레이트에는, 바람직하게는, 전지모듈들의 하중에 대해 구조적 안정성을 높일 수 있도록 요철부가 형성되어 있어서, 차량의 구동시 전지모듈들에 인가되는 상하 진동에 따른 변형을 방지하고 베이스 플레이트의 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 요철부는 베이스 플레이트의 기계적 강성을 보완함과 동시에 냉각 유로로 사용될 수도 있으므로 바람직하다.
상기 요철부의 높이는 바람직하게는 전지모듈의 높이를 기준으로 1% 내지 10%의 크기로 형성될 수 있다. 이러한 범위의 높이는 전지모듈에 대한 굽힘 하중을 용이하게 지지할 수 있으므로 매우 바람직하다.
구체적으로, 요철부의 높이가 전지모듈의 높이를 기준으로 1% 미만이면 요철부의 형성에 따른 효과들을 발휘하기 어려울 수 있고, 반대로 10%를 초과하면 전체적인 베이스 플레이트의 부피가 증가하게 되고 전체적인 강도도 오히려 감소할 수 있으므로 바람직하지 않다.
또 다른 예로서, 상기 베이스 플레이트는 하나의 판재로 이루어져 있어서, 전체적인 중량을 감소시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 베이스 플레이트의 일측 단부에는 전장부재가 탑재되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 전장부재는, 예를 들어, 차량의 모터를 작동시키기 위한 교류전원으로 사용하기 위하여 전지셀의 방전시 전지모듈 어셈블리에서 발생하는 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터(Inverter)와, 차량의 전장 기기들을 작동시키기 위하여 전지셀의 방전시 발생하는 전지모듈 어셈블리의 고전압 전기를 저전압의 직류 전기로 변환하는 LDC(Low voltage DC to DC converter) 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제 1 엔드 플레이트에는, 스웰링 발생시 전지모듈 또는 전지셀의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위('취약부')가 부분적으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기와 같이 취약부를 포함하는 전지팩은 제 1 엔드 플레이트에 스웰링시 부피 팽창에 대해 취약한 취약부를 부분적으로 형성함으로써, 스웰링 부피가 한계치인 소정 값 이상에 도달하면, 제 1 엔드 플레이트의 취약부로 팽창 응력이 집중되어 취약부가 물리적으로 변형되면서 파열되도록 유도한다. 취약부의 이러한 파열에 의해, 최외측 전지모듈 또는 전지셀의 전기적 연결이 끊어져 충방전 과정이 중지됨으로써, 전기화학적 반응에 의해 스웰링 부피가 더 이상 증가하는 것을 억제하므로, 전지팩의 발화 또는 폭발을 방지하고 이는 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 취약부가 형성된 제 1 엔드 플레이트의 구조는 센서, 릴레이 등과 같은 전기적 장치의 추가 없이 스웰링 발생시 전지팩의 안전성을 확보할 수 있고, 종래와 같이 전기적 신호를 사용하는 방법이 아니라 증가하는 압력을 이용하여 단전을 이루는 방식으로서 작동 신뢰성이 매우 높은 장점이 있다. 스웰링 현상이 발생하지 않은 상황에서는 제 1 엔드 플레이트가 전지모듈들 간의 결속력을 향상시켜, 충격 또는 진동과 같은 환경에서 전지팩의 견고한 구조를 유지하도록 할 수 있다.
상기 취약부는 단전 효과를 극대화할 수 있도록, 바람직하게는, 최외측 전지모듈 또는 전지셀에서 직렬 연결부위에 대응하는 위치 또는 그 인접 부위에 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지셀 등이 스웰링되는 경우, 그것의 내부 압력이 최외측 전지모듈 또는 전지셀의 직렬 연결부위에 집중됨으로써, 더욱 용이하게 소망하는 단전 과정이 진행되도록 할 수 있다.
상기 취약부는 스웰링 발생의 부피 팽창에 대해 용이하게 변형될 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어질 수 있다.
상기 절취부는 전지모듈 상호 간의 직렬 연결부위, 전지모듈 내 전지셀들 상호간의 직렬 연결부위, 전지모듈 내 단위모듈 상호간의 직렬 연결부위, 또는 전지셀들 상호간의 직렬 연결부위가 개방되도록 제 1 엔드 플레이트 상에 형성된다.
또한, 상기 절취부는 전지셀들이 스웰링되는 경우 전지셀들을 단전시키는 기능을 수행함과 동시에 전체적인 전지팩의 무게를 감소시키므로 바람직하다.
상기 직렬 연결부위는 전극단자들을 직렬로 연결부위로서, 상호 간에 연결된 전극단자 자체, 전극단자들을 연결하는 와이어, 버스 바 등의 접속부재일 수도 있다.
따라서, 스웰링 현상이 발생하였을 때, 직렬 연결부위는 측면 지지부재의 개방된 절취부를 통해 돌출되며, 이러한 변형 과정에서 상기 직렬 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어진다.
상기 절취부를 통해 노출되는 직렬 연결부위의 크기는 스웰링시 의도된 단락을 유발할 정도의 크기이면 족하다.
따라서, 측면 지지부재에서 절취부가 차지하는 크기 역시 상기 크기에 준하여 결정되며, 예를 들어, 제 1 엔드 플레이트의 표면적을 기준으로 예를 들어 20 내지 80%의 크기로 이루어질 수 있다. 다만, 절취부의 크기가 제 1 엔드 플레이트의 표면적을 기준으로 너무 작으면 전지모듈의 부피 팽창에 따른 직렬 연결부위의 변형을 유발하기가 용이하지 않을 수 있고, 반대로 너무 크면 전지모듈들을 외력으로부터 보호하기 위한 소정의 강도를 유지하기 어려울 수 있다. 더욱 바람직하게는, 절취부가 제 1 엔드 플레이트의 표면적을 기준으로 30 내지 70%의 크기로 형성될 수 있다.
한편, 전지모듈들의 좌측에 위치한 제 1 엔드 플레이트는 팩 커버와 용접 또는 볼트와 결합되어 있고, 제 2 엔드 플레이트는 팩 커버와의 결합없이 전지모듈들과 기타 부품을 공간적으로 분리하는 기능만 수행하는 구조를 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 진동 등의 외력에 취약할 수 있으므로, 본 발명의 전지팩에서 상기 보강부재는 제 2 엔드 플레이트에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
상기 보강부재는 전지팩의 진동에 대한 구조 강도를 높일 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 하나의 바람직한 예에서, 상기 보강부재는 독립 부재로서 일측 단부가 엔드 플레이트에 결합되어 있고, 타측 단부가 팩 커버에 결합되어 있는 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 보강부재는 수직 단면상 'ㄱ'자 형상의 브라켓일 수 있으며, 구체적으로, 상기 브라켓은 팩 커버와 체결되는 제 1 결합부와, 엔드 플레이트와 결합하기 위해 제 1 결합부의 단부에서 하향 수직 절곡되어 있는 제 2 결합부로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
필요에 따라, 제 2 결합부는 제 1 결합부의 단부에서 측면 방향으로 수직 절곡된 구조일 수 있음은 물론이다.
상기 구조에서, 제 2 결합부는 바람직하게는 엔드 플레이트와 용접에 의해 결합되어 있어서, 보강부재와 엔드 플레이트의 견고한 결합을 달성할 수 있다.
상기 제 1 결합부에는, 예를 들어, 팩 커버와의 체결을 위한 관통구가 형성되어 있어서, 볼트 및 너트와 같은 체결부재를 사용하여 보강부재와 엔드 플레이트의 결합을 용이하게 달성할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 보강부재는 엔드 플레이트와 일체형으로 형성되어 있어서, 보강부재가 엔드 플레이트와 별도로 형성된 구조와 비교하여 전지팩의 조립 공정 수를 절감할 수 있다.
상기 구조의 구체적인 예로서, 상기 보강부재는 엔드 플레이트의 상단면으로부터 전지모듈이 위치한 방향('내측 방향')으로 돌출되어 있고, 돌출된 부위에는 팩 커버와의 체결을 위한 관통구가 형성되어 있어서, 볼트 및 너트와 같은 체결부재를 사용하여 엔드 플레이트와 팩 커버의 체결을 용이하게 달성할 수 있다.
한편, 상기 엔드 플레이트의 하단부에는 베이스 플레이트와의 결합을 위한 체결부가 외측 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 체결부에는 베이스 플레이트와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있어서, 체결부재를 체결구에 삽입함으로써 엔드 플레이트와 베이스 플레이트의 결합을 달성할 수 있다.
상기 팩 커버는 길이방향의 수직 단면상 'ㄷ'자 형상을 가지고 있어서, 실질적으로 전지모듈들을 감쌀 수 있으며 이러한 구조는 전지모듈들을 외부로부터 안정적으로 보호할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 전지팩은 엔드 플레이트들을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들의 상부 양측 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바를 추가로 포함하고 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 전지모듈들로 전지팩을 구성함으로써, 전지팩을 필요한 수만큼 한정된 공간 내에 효과적으로 장착할 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 전지모듈들을 베이스 플레이트와 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트에 의해 전지모듈들을 지지하고 전지모듈들의 외면을 팩 커버로 감쌈으로써, 전지모듈들을 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 보강부재를 포함하고 있으므로 외력이 전지모듈들에 인가되더라도 진동에 대한 전지팩의 구조 강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지팩에서 팩 커버를 제외한 분해 사시도이다;
도 3은 도 2의 제 2 엔드 플레이트가 베이스 플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도이다;
도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제 2 엔드 플레이트의 확대도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지팩에서 팩 커버를 제외한 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 참고로, 도 2에서는 이해의 편의를 위하여, 여러 개의 전지모듈들을 1개의 모듈 어셈블리로 간략히 표현하였다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(900)은 단위모듈들이 전기적 연결되어 있는 전지모듈들(400), 베이스 플레이트(500), 제 1 엔드 플레이트(200)와 제 2 엔드 플레이트(300), 한 쌍의 보강부재(310, 320), 및 팩 커버(100)로 구성되어 있다.
베이스 플레이트(500)에는 전지모듈들(400)이 수직으로 세워져 적층되어 있고, 팩 커버(100)는 전지모듈들(400)을 외부로부터 보호하기 위해 전지모듈들(400)의 외면을 감싸고 있다.
제 1 엔드 플레이트(200)는 베이스 플레이트(500)에 하단이 고정된 상태로 좌측 최외각 전지모듈의 외면에 밀착된 상태로 전지모듈들(400)의 좌측에 위치하고 있고, 제 2 엔드 플레이트(300)는 우측 최외각 전지모듈의 외면에 밀착된 상태로 전지모듈들(400)의 우측에 위치하고 있다.
또한, 보강부재들(310, 320)은, 일종의 독립 부재들로서, 제 2 엔드 플레이트(300)의 상단부 양측 부위에 위치하고 있고, 일측 단부가 제 2 엔드 플레이트(300)의 제 1 측면에 결합된 상태로 타측 단부는 팩 커버(100)에 결합되어 있다.
팩 커버(100)는 길이방향의 수직 단면상 'ㄷ'자 형상(개방면이 아래를 향한 형상)을 가지고 있고, 한 쌍의 서포팅 바(600)가 제 1 엔드 플레이트(200)와 제 2 엔드 플레이트(300)의 상부 양측을 연결하고 있다.
베이스 플레이트(500)는 하나의 판재로 이루어져 있고, 베이스 플레이트(500)의 우측 단부에는 전장부재(도시하지 않음)가 탑재되어 있다.
또한, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부(210)가 제 1 엔드 플레이트(200)에 부분적으로 형성되어 있어서, 스웰링 발생시 전지모듈들의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이루게 된다.
취약부(210)는 좌측 최외측 전지모듈에서 직렬 연결부위에 대응하는 위치의 인접 부위에 형성되어 있고, 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어져 있다.
이러한 절취부가 형성된 부위의 크기는 제 1 엔드 플레이트(200)의 일측면의 표면적을 기준으로 대략 45%의 크기로 이루어져 있다.
도 3에는 도 2의 제 2 엔드 플레이트가 베이스 플레이트에 장착된 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 베이스 플레이트(500)에는 전지모듈들(400)의 하중에 대해 구조적 안정성을 높일 수 있도록 요철부(510)가 형성되어 있고, 요철부(510)의 높이(h)는 전지모듈(400)의 높이(H)를 기준으로 대략 2%의 크기로 형성되어 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 엔드 플레이트의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 보강부재들(330, 340)은 수직 단면상 'ㄱ'자 형상의 브라켓으로서, 제 2 엔드 플레이트(300)의 제 1 측면 상단 부위에 용접되어 있다.
이러한 브라켓은 팩 커버(100)와 체결되는 제 1 결합부(332)와, 제 2 엔드 플레이트(300)와 결합하기 위해 제 1 결합부(332)의 단부에서 측면 방향으로 수직 절곡되어 있는 제 2 결합부(334)로 이루어져 있다.
제 2 결합부(334)는 제 2 엔드 플레이트(300)의 제 1 측면과 용접에 의해 결합되어 있고, 제 1 결합부(332)에는 팩 커버(100)와의 체결을 위한 관통구(336)가 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 엔드 플레이트의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 도 2와 함께 참조하면, 보강부재들(350, 360)은 제 2 엔드 플레이트(300)와 일체형으로 형성되어 있다.
또한, 보강부재들(350, 360)은 제 2 엔드 플레이트(300)의 상단면으로부터 전지모듈들(400)이 위치한 내측 방향(화살표)으로 돌출되어 있고, 돌출된 부위에는 팩 커버(100)와의 체결을 위한 관통구(352)가 형성되어 있다.
한편, 체결부(370)가 베이스 플레이트(500)와의 결합을 위해 제 2 엔드 플레이트(300)의 하단부에서 외측 방향으로 돌출되어 있고, 체결부(370)에는 베이스 플레이트(500)와의 체결을 위한 3개의 체결구들(372)이 형성되어 있다.
또한, 하기 표 1에는 도 2의 전지팩 구조(모델 1)를 도 2의 전지팩에서 제 2 엔드 플레이트에 보강부재를 형성하지 않은 구조(모델 2)와 비교하여 고유 진동을 해석한 결과가 나타나 있다.
구체적으로, 차량용 전지팩의 경우 저 주파수 대역의 고유 진동 수와 고유 진동 형상이 가장 중요하게 작용하므로, 10개의 저차 고유 진동 수에 대해 설계 변경 이전의 전지팩(모델 1)과 설계 변경 이후의 전지팩(모델 2)의 결과를 비교하였다. 각각의 고유 진동 모드에 대해 고유 진동 수가 높아질수록 전지팩에 가해지는 실제 외부 진동으로부터 안전하므로, 각각의 고유 진동 수가 높아지는 것이 바람직하다.
<표 1>
Figure pat00001
즉, 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 모델 1의 전지팩 구조는 모델 2의 전지팩 구조보다 11%의 평균 고유 진동수가 증가함을 확인할 수 있다. 이는 베이스 플레이트의 두께를 1mm 높인 구조와 유사한 성능을 보여주므로, 모델 1의 전지팩은 그만큼 재료 절감과 중량 감소의 효과가 있음을 알 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

  1. 둘 이상의 전지셀들, 또는 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 전기적 연결되어 있는 전지모듈들을 탑재하고 있는 전지팩으로서,
    전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트;
    전지모듈들을 외부로부터 보호하기 위해 전지모듈들의 외면을 감싸고 있는 팩 커버;
    상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 좌측에 위치하고 있는 제 1 엔드 플레이트;
    최외각 전지모듈의 외면에 밀착되고 전지모듈들의 우측에 위치하고 있는 제 2 엔드 플레이트; 및
    상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 선택되는 적어도 하나의 엔드 플레이트에서, 상기 엔드 플레이트의 상단면, 제 1 측면 및 제 2 측면으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 부위에서 팩 커버와 결합되어 있는 보강부재;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트에는 전지모듈들의 하중에 대해 구조적 안정성을 높일 수 있도록 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 요철부의 높이는 전지모듈의 높이를 기준으로 1% 내지 10%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 하나의 판재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 일측 단부에는 전장부재가 탑재되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 엔드 플레이트에는, 스웰링 발생시 전지모듈 또는 전지셀의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위('취약부')가 부분적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 취약부는 최외측 전지모듈 또는 전지셀에서 직렬 연결부위에 대응하는 위치 또는 그 인접 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 취약부는 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절취부가 형성된 부위의 크기는 제 1 엔드 플레이트의 표면적을 기준으로 20 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 제 2 엔드 플레이트에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 독립 부재로서 일측 단부가 엔드 플레이트에 결합되어 있고, 타측 단부가 팩 커버에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 보강부재는 수직 단면상 'ㄱ'자 형상의 브라켓인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 브라켓은 팩 커버와 체결되는 제 1 결합부와, 엔드 플레이트와 결합하기 위해 제 1 결합부의 단부에서 하향 수직 절곡되어 있는 제 2 결합부로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 결합부는 엔드 플레이트와 용접에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 결합부에는 팩 커버와의 체결을 위한 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 엔드 플레이트와 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 보강부재는 엔드 플레이트의 상단면으로부터 전지모듈이 위치한 방향('내측 방향')으로 돌출되어 있고, 돌출된 부위에는 팩 커버와의 체결을 위한 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 하단부에는 베이스 플레이트와의 결합을 위한 체결부가 외측 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 체결부에는 베이스 플레이트와의 체결을 위한 체결구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 커버는 길이방향의 수직 단면상 'ㄷ'자 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 엔드 플레이트들을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들의 상부 양측 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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