KR20150055762A - 직접 고정 방식의 전지모듈을 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 탑 커버와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 전지팩으로서, 상기 전지셀 또는 단위모듈이 측면 방향으로 둘 이상 적층되어 이루어져 있고, 하단의 양측 단부에는 외향 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 외향 돌출부에는 볼트가 삽입 체결될 수 있도록 관통구가 형성되어 있는 전지모듈; 상기 전지모듈이 둘 이상 탑재되고, 상기 관통구와 연통된 상태에서 상기 볼트가 삽입되는 개구가 형성되어 있는 베이스 플레이트; 상기 전지모듈의 상단에 장착되는 센싱 어셈블리; 상기 전지모듈 중 최외측의 전지모듈에 인접하여 장착되는 BMS(Battery Management System); 및, 상기 전지모듈 및 BMS를 덮을 수 있도록, 상기 전지모듈 및 BMS의 상단에 장착되어 상기 베이스 플레이트와 결합되는 탑 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

직접 고정 방식의 전지모듈을 포함하는 전지팩 {Battery Pack Including Direct Fixing Typed Battery Module}
본 발명은 직접 고정 방식의 전지모듈을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성에 의해, 다수의 전지셀 또는 전지모듈을 전기적으로 연결한 전지팩이 사용된다. 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서, 다수의 전지셀들 또는 전지모듈을 직렬 연결할 수 있다.
일반적으로 고용량/고출력의 전지팩은, 다수의 전지셀 또는 전지모듈을 인접하여 적층한 상태로 베이스 플레이트에 탑재하는 구조로 이루어진다. 이와 같은 구조에서는, 전지모듈을 베이스 플레이트에 고정하기 위한 수단으로서, 전지모듈의 프레임과 베이스 플레이트에 면접촉하는 별도의 고정 브라켓이 사용되어 왔다.
하지만, 상기와 같은 고정 브라켓을 이용한 체결 구조는, 전지팩에 과도한 충격이 발생시 전지셀 적층방향 또는 지면으로부터 수직인 방향으로 유동이 발생할 수 있으므로, 전지의 안전성에 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 고정 브라켓으로 인해 전지의 중량이 증가하는 문제가 있으며, 고정 브라켓을 별도로 체결하는 과정은 전체 공정 시간을 연장시키는 문제를 야기하기도 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 외부 충격이 발생하는 경우에도, 전지모듈의 고정 구조가 공고히 유지될 수 있고, 용량대비 중량이 작은 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전지팩의 조립 및 교체시 전지모듈의 탈착 작업이 용이하게 수행되어 전체 작업 공정 시간을 단축할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 탑 커버와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 전지팩으로서,
상기 전지셀 또는 단위모듈이 측면 방향으로 둘 이상 적층되어 이루어져 있고, 하단의 양측 단부에는 외향 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 외향 돌출부에는 볼트가 삽입 체결될 수 있도록 관통구가 형성되어 있는 전지모듈;
상기 전지모듈이 둘 이상 탑재되고, 상기 관통구와 연통된 상태에서 상기 볼트가 삽입되는 개구가 형성되어 있는 베이스 플레이트;
상기 전지모듈의 상단에 장착되는 센싱 어셈블리;
상기 전지모듈 중 최외측의 전지모듈에 인접하여 장착되는 BMS(Battery Management System); 및,
상기 전지모듈 및 BMS를 덮을 수 있도록, 상기 전지모듈 및 BMS의 상단에 장착되어 상기 베이스 플레이트와 결합되는 탑 커버;
를 포함하고 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 전지팩은, 전지팩을 구성하는 전지모듈의 하단의 양측 단부에 외향 돌출부가 형성되어 있고, 외향 돌출부에는 볼트가 삽입 체결될 수 있는 관통구가 형성되어 있으며, 전지모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트에는 관통구와 연통되는 개구가 형성되어 있으므로, 볼트를 관통구 및 개구에 삽입 체결할 수 있고, 그에 따라, 전지팩에 외부 충격이 발생하는 경우에도, 전지모듈의 고정 구조가 공고히 유지될 수 있다.
또한, 종래의 고정 브라켓을 이용하여 전지모듈을 고정하는 구조의 전지팩에 비해서, 용량 대비 중량이 작은 전지팩를 구현할 수 있고, 전지팩의 조립 및 교체시 전지모듈의 탈착 작업이 용이하게 수행되어 전체 작업 공정 시간을 단축할 수 있다.
상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극 적층체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어져 있을 수 있다. 상기 라미네이트 시트는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 형태로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 형태일 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 예를 들어, 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은, 예를 들어, 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 사용될 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
상기 전지셀은 프레임 구조의 전지 카트리지 내부에 장착되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 카트리지는 전지셀의 양 측면 중 적어도 일측면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 고정하는 적어도 한 쌍의 판상형 프레임으로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 카트리지의 하단의 양측 단부에는 카트리지 돌출부가 형성되어 있을 수 있다.
상기 카트리지 돌출부의 하나의 예로서, 상기 카트리지 돌출부에는 상기 전지셀의 적층방향으로 반원 형상의 홈이 양측에 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 전지셀의 적층방향은, 전지셀들의 측면이 상호 접촉할 수 있도록 적층되는 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 카트리지 돌출부에는 상기 전지셀의 적층방향으로 반원 형상의 홈이 양측에 형성되어 있을 수 있으므로, 그에 따라, 전지셀들이 적층되어 반원 형상의 홈이 맞닿으면서 관통구를 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 관통구에는 부싱 볼트가 삽입되어 있을 수 있고, 그에 따라, 볼트가 상기 관통구에 삽입 및 체결되는 과정에서 발생하는 토크에 의해 카트리지가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 카트리지 돌출부의 또다른 예로서, 상기 카트리지 돌출부에는 카트리지 관통구가 형성되어 있을 수 있다. 즉, 상기 카트리지 돌출부는, 하나의 카트리지가 또 다른 카트리지와 결합하지 않고도, 독립적으로 볼트가 삽입되어 체결될 수 있는 카트리지 관통구를 포함하고 있을 수 있다.
이와 같이 형성된 카트리지 관통구에는 부싱 볼트가 삽입되어 있을 수 있고, 그에 따라, 볼트가 상기 카트리지 관통구에 삽입 및 체결되는 과정에서 발생하는 토크에 의해 카트리지가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 부싱 볼트는 상기 카트리지에 인서트 사출 성형되어 있을 수 있다.
한편, 상기 관통구와 카트리지 관통구의 개수 및 형성되는 위치는, 구성되는 전지모듈의 수 및 중량에 따라 조정될 수 있다.
상기 전지셀은 리튬 이차 전지일 수 있고, 구체적으로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전지팩은, 전지팩을 구성하는 전지모듈의 하단의 양측 단부에 외향 돌출부가 형성되어 있고, 외향 돌출부에는 볼트가 삽입 체결될 수 있는 관통구가 형성되어 있으며, 전지모듈들이 탑재되는 베이스 플레이트에는 관통구와 연통되는 개구가 형성되어 있으므로, 볼트를 관통구 및 개구에 삽입 체결할 수 있고, 그에 따라, 전지팩에 외부 충격이 발생하는 경우에도, 전지모듈의 고정 구조가 공고히 유지될 수 있다.
또한, 종래의 고정 브라켓을 이용하여 전지모듈을 고정하는 구조의 전지팩에 비해서, 용량 대비 중량이 작은 전지를 구현할 수 있고, 전지팩의 조립 및 교체시 전지모듈의 탈착 작업이 용이하게 수행되어 전체 작업 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈 체결 구조의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈 체결 구조의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈 체결 구조의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 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 전지모듈 체결 구조의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀들(110)이 측면 방향으로 적층되어 이루어져 있는 전지모듈(120)이 베이스 플레이트(130) 상에 탑재되어 이루어져 있다.
전지셀(110)은 프레임 구조의 카트리지(140) 내부에 장착되어 있고, 카트리지(140)의 하단의 양측 단부에는 카트리지 돌출부(141)가 형성되어 있다.
카트리지 돌출부(141)에는 전지셀(110)의 적층 방향으로 반원 형상의 홈이 양측에 형성되어 있어서, 카트리지(140)가 적층된 상태에서, 관통구(121)를 형성한다. 이와 같이 형성된 관통구(121)에 볼트(160)를 체결함으로써, 전지모듈(120)을 베이스 플레이트(130) 상에 고정할 수 있다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈 체결 구조의 모식도가 각각 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 관통구(221)에는 부싱 볼트(250)가 삽입되어 있다. 그에 따라, 볼트(260)를 관통구(221)에 체결할 때 발생하는 토크에 의해 카트리지(240)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 카트리지 (340)의 카트리지 돌출부(341) 각각에는 카트리지 관통구(342)가 형성되어 있다. 따라서, 하나의 카트리지를 또 다른 카트리지에 결합하지 않고도, 독립적으로 볼트를 삽입하여 체결할 수 있는 관통구를 형성하고 있다.
또한, 카트리지 관통구(342)에는 부싱 볼트(350)가 인서트 사출 성형되어 삽입되어 있다. 그에 따라, 볼트(360)를 관통구(342)에 체결할 때 발생하는 토크에 의해 카트리지(340)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3의 상기한 구조를 제외한 나머지 구조는, 도 1에서 언급된 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 관한 기타 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈 다수 개를 포함하는 전지모듈 둘 또는 그 이상이 탑 커버와 베이스 플레이트 사이의 공간에 내장되어 있는 구조의 전지팩으로서,
    상기 전지셀 또는 단위모듈이 측면 방향으로 둘 이상 적층되어 이루어져 있고, 하단의 양측 단부에는 외향 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 외향 돌출부에는 볼트가 삽입 체결될 수 있도록 관통구가 형성되어 있는 전지모듈;
    상기 전지모듈이 둘 이상 탑재되고, 상기 관통구와 연통된 상태에서 상기 볼트가 삽입되는 개구가 형성되어 있는 베이스 플레이트;
    상기 전지모듈의 상단에 장착되는 센싱 어셈블리;
    상기 전지모듈 중 최외측의 전지모듈에 인접하여 장착되는 BMS(Battery Management System); 및,
    상기 전지모듈 및 BMS를 덮을 수 있도록, 상기 전지모듈 및 BMS의 상단에 장착되어 상기 베이스 플레이트와 결합되는 탑 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극 적층체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 프레임 구조의 전지 카트리지 내부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 카트리지는 전지셀의 양 측면 중 적어도 일 측면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 고정하는 적어도 한 쌍의 판상형 프레임으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 카트리지의 하단의 양측 단부에는 카트리지 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 카트리지 돌출부에는 상기 전지셀의 적층방향으로 반원 형상의 홈이 양측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 관통구에는 부싱 볼트가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 카트리지 돌출부에는 카트리지 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 카트리지 관통구에는 부싱 볼트가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 부싱 볼트는 상기 카트리지에 인서트(Insert) 사출 성형 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차 전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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