KR20150063655A - 전지모듈의 이동 방지 구조를 포함하는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리, 상기 전지모듈 어셈블리가 탑재되는 베이스 플레이트, 상기 전지모듈 어셈블리의 상단 부위에 결합되어 전지모듈들을 지지하는 하나 이상의 텐션(tension) 바, 및 상기 전지모듈 어셈블리를 내장하며, 하단이 상기 베이스 플레이트와 결합되는 하우징을 포함하고 있으며, 상기 텐션 바의 외측 및 하우징의 내측 중의 하나에는 위치 고정용 돌출부가 결합되어 있고, 나머지 하나에는 전지모듈들의 측면 배열 방향으로의 이동을 억제하기 위하여 상기 돌출부와 맞물리는 구조의 걸림부가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

전지모듈의 이동 방지 구조를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having Battery Module with Shift Preventing Structure}

본 발명은 외부충격시 전지모듈이 전지팩 내에서 이동하거나 흔들리는 것을 방지하는 구조를 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 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.

중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

또한, 중대형 전지팩이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.

한편, 일반적으로 종래의 전지팩은 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 베이스 플레이트에 고정하고, 적정 개수의 전지모듈들에 대해 엔드 플레이트, 텐션 바 등의 부재를 결합하여 안정적인 구조를 유지하도록 하고 있다.

그러나, 상기 구조의 전지팩은 전지모듈들의 하부가 베이스 플레이트에 고정되어 있는 구조로서, 외부충격의 인가시 전지모듈들의 상부 부위가 크게 흔들리게 되며, 엔드 플레이트 및 텐션 바의 결합으로도 전지모듈의 상부 부위의 유동을 방지하기에는 한계가 있는 실정이다.

이러한 유동 현상은 전지팩 내부에서 전지모듈의 파손, 전기적 연결 구조의 단전 또는 단락의 결과를 초래하므로 안전성에 큰 문제를 발생시키는 원인이 되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 외부 충격이 발생하는 경우에도 전지팩 내부의 전지모듈들의 유동을 방지하여, 안정적인 고정 구조를 유지함으로써, 안전성을 향상시킬 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,

둘 이상의 전지셀들을 포함하는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리;

상기 전지모듈 어셈블리가 탑재되는 베이스 플레이트;

상기 전지모듈 어셈블리의 상단 부위에 결합되어 전지모듈들을 지지하는 하나 이상의 텐션(tension) 바;및

상기 전지모듈 어셈블리를 내장하며, 하단이 상기 베이스 플레이트와 결합되는 하우징;

을 포함하고 있으며,

상기 텐션 바의 외측 및 하우징의 내측 중의 하나에는 위치 고정용 돌출부가 결합되어 있고, 나머지 하나에는 전지모듈들의 측면 배열 방향으로의 이동을 억제하기 위하여 상기 돌출부와 맞물리는 구조의 걸림부가 결합되어 있는 구조로 구성될 수 있다.

종래의 전지팩은 적층 배열된 전지모듈들의 하부 부위가 베이스 플레이트에 결합되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 측면 방향의 외부 충격의 인가 시 전지모듈들의 상부 부위가 심하게 흔들리는 문제점이 발생하였다.

따라서 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈들의 상부 부위를 고정하는 구조를 추가함으로써 안정적인 구조를 유지하도록 구성되어 있다.

구체적으로, 전지모듈들의 상부 부위에 연결되어 있는 텐션 바, 및 전지모듈들을 보호하도록 감싸는 하우징에 각각 돌출부 및 걸림부를 형성하여, 전지팩의 조립시 상기 돌출부 및 걸림부가 서로 맞물리도록 고정되는 구조를 형성함으로써, 충격의 인가 시에도 돌출부 및 걸림부의 고정 구조에 의해 고정 상태가 공고히 유지되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 전지모듈은 한정된 공간에서 최대의 용량을 가지도록, 직육면체 구조로 형성될 수 있다. 이러한 전지모듈이 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열된 구조의 전지모듈 어셈블리 또한 직육면체 구조로 형성될 수 있다.

상기와 같이 측면 배열된 전지모듈들의 하부 부위는 각각 베이스 플레이트에 결합되어 고정될 수 있으며, 전지모듈들의 적층 방향의 양단에는 엔드 플레이트들이 부가될 수 있다. 또한, 상기 텐션 바의 양 단부들은 엔드 플레이트에 고정되며, 이러한 텐션 바는 하나 또는 다수개가 포함될 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 텐션 바는 엔드 플레이트들에 양 단부들이 각각 결합된 제 1 텐션 바와 제 2 텐션 바로 구성될 수 있다.

이러한 텐션 바는 전지모듈들의 배열 구조를 고정하기 위하여, 전지모듈들의 상단 모서리 부위들에 결합되어 있는 구조일 수 있다.

상기 전지모듈의 고정 구조, 즉 돌출부 및 걸림부에 의한 고정 구조는 텐션 바의 외측 및 하우징의 내측의 다양한 부위에 형성될 수 있다. 이러한 돌출부 또는 걸림부는, 텐션 바의 외측 또는 하우징의 내측에 용접, 볼트, 또는 리벳 등으로 결합되어 있는 구조로 형성될 수 있다.

하나의 예에서, 상기 돌출부 및 걸림부는 일측 또는 중앙 부위가 외향 돌출되도록 절곡되어 있는 브래킷 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 걸림부는 제 1 걸림턱 및 제 2 걸림턱을 포함하며, 상기 돌출부의 일부가 제 1 걸림턱과 제 2 걸림턱 사이에 위치하여 맞물림 구조를 형성할 수 있다.

이 때, 상기 걸림부는 텐션 바의 상단면에 결합되고, 상기 제 1 걸림턱 및 제 2 걸림턱은 전지모듈의 측면 배열 방향에 평행한 구조로 형성될 수 있다.

즉, 상기 돌출부 및 걸림부에 의한 고정 구조는 전지모듈의 배열 방향으로의 흔들림 또는 이동을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.

한편, 상기 돌출부는 걸림부에 대응하는 위치에서 하우징의 내면에 결합될 수 있고, 상기 걸림부는 전지모듈 어셈블리에 대한 하우징의 장착 과정에서 돌출부와 결합될 수 있다.

상기 돌출부 및 걸림부는 각각 하우징의 내면 및 텐션바의 외측에 형성될 수 있으나, 이와 반대로 상기 돌출부 및 걸림부가 각각 텐션바의 외측 및 하우징의 내면에 형성될 수 도 있다.

상기 전지셀은 적층 배열시 한정된 공간에서 최대의 용량을 가지도록, 장방형의 판상형 전지셀로 형성될 수 있다. 이러한 판상형 전지셀은 예를 들어, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조의 파우치형 전지일 수 있다.

또한, 상기 판상형 전지셀은 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지는 리튬 이차전지일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.

본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 디바이스의 예로, 상기 전지팩을 전원으로 사용하며 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치 등을 들 수 있다.

자동차의 전원으로 사용되는 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조될 수 있음은 물론이다.

전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 돌출부 및 걸림부의 고정 구조에 의해 전지팩 내에서 전지모듈의 흔들림 또는 이동을 방시함으로써, 안전성을 향상시키고 안정적인 고정 구조를 유지하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1에서 하우징을 생략한 구조의 사시도이다;
도 3은 도 2의 텐션 바에 관한 확대도이다;
도 4는 도 1의 하우징의 저면을 나타내는 사시도이다;
도 5는 돌출부 및 걸림부의 고정 구조에 관한 사시도이다;
도 6은 도 5의 (b)의 정면 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 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에서 하우징을 생략한 구조의 사시도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전지팩(100)은 전지모듈 어셈블리(110), 베이스 플레이트(130), 텐션 바(140), 및 하우징(150)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.

전지모듈 어셈블리(110)는 다수의 전지셀들이 포함되어 있는 대략 직육면체의 전지모듈들(112)이 전기적으로 상호 연결된 상태에서 상호 인접하도록 측면 배열된 구조로 형성되어 있고, 이러한 전지모듈 어셈블리(110)는 베이스 플레이트(130)에 탑재된 상태로 고정되어 있다.

한 쌍의 텐션 바들(140)는 전지모듈 어셈블리(110)의 상단 모서리 부위에 결합되어 전지모듈들(112)을 지지하고 있고, 하우징(150)은 전지모듈 어셈블리(150)를 보호하도록 감싸면서 하단이 베이스 플레이트(130)에 결합되어 있다.

도 3에는 도 2의 텐션 바에 관한 확대도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1의 하우징의 저면을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.

먼저 도 3을 도 2와 함께 참조하면, 텐션 바들(140)은 전지모듈들(112)의 배열 구조를 고정하도록 전지모듈들(112)의 상단 모서리에 결합되어 있다. 구체적으로, 전지모듈들(112)의 배열 방향으로 폭 대비 길이가 긴 바의 형상으로 이루어진 텐션 바들(140)은 대략 직육면체를 이루는 전지모듈 어셈블리(110)의 상부 모서리 2 부위에 각각 결합되어 있다.

그리고, 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 하우징(150)은 베이스 플레이트(130)와 결합될 수 있도록 양측에 결합구들(152)이 형성되어 있으며, 전지모듈 어셈블리(110)가 내장되도록 만입된 구조로 형성되어 있다.

다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 텐션 바들(140)에는 위치 고정용 돌출부(142)가 결합되어 있고, 하우징(150)의 내측에는 텐션 바들(140)의 돌출부(142)와 맞물리는 구조의 걸림부(154)가 결합되어 있다. 즉, 베이스 플레이트(130)에 전지모듈 어셈블리(110)를 고정시킨 후 하우징(150)을 결합하였을 때, 텐션 바들(140)의 돌출부(142)와 하우징(150)의 걸림부(154)가 서로 맞물리도록 고정되게 되며, 따라서 외력의 인가시 전지모듈들(112)의 배열 방향으로 전지모듈들(112)이 흔들리거나 이동하는 것을 방지하는 구조로 형성되어 있다.

도 5에는 돌출부 및 걸림부의 고정 구조에 관한 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 (b)의 정면 모식도가 도시되어 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 텐션 바(140)에는 제 1 걸림턱(144a) 및 제 2 걸림턱(144b)을 포함하는 걸림부(142)가 결합되어 있다. 제 1 걸림턱(144a) 및 제 2 걸림턱(144b)은 하우징(150)의 돌출부(154)가 위치하는 외측 방향으로 각각 돌출되어 있다. 또한, 하우징(150)의 내측에 결합되어 있는 돌출부(154)는 제 1 걸림턱(144a) 및 제 2 걸림턱(144b)의 사이에 위치하도록 돌출된 구조로 형성되어 있다.

걸림부(142) 및 돌출부(154)는 중앙 부위가 외향 돌출되도록 절곡되어 있는 브래킷 구조로서 각각 하우징(150) 및 텐션 바들(140)에 결합되어 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 (15)

1. 둘 이상의 전지셀들을 포함하는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리;
   상기 전지모듈 어셈블리가 탑재되는 베이스 플레이트;
   상기 전지모듈 어셈블리의 상단 부위에 결합되어 전지모듈들을 지지하는 하나 이상의 텐션(tension) 바;및
   상기 전지모듈 어셈블리를 내장하며, 하단이 상기 베이스 플레이트와 결합되는 하우징;
   을 포함하고 있으며,
   상기 텐션 바의 외측 및 하우징의 내측 중의 하나에는 위치 고정용 돌출부가 결합되어 있고, 나머지 하나에는 전지모듈들의 측면 배열 방향으로의 이동을 억제하기 위하여 상기 돌출부와 맞물리는 구조의 걸림부가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리는 직육면체 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
3. 제 1 항에 있어서, 측면 배열된 상기 전지모듈들의 양단에는 엔드 플레이트들이 부가되어 있고, 상기 텐션 바는 엔드 플레이트들에 양 단부들이 각각 결합된 제 1 텐션 바와 제 2 텐션 바로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 텐션 바는 전지모듈들의 상단 모서리 부위들에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부 또는 걸림부는 텐션 바의 외측 또는 하우징의 내측에 용접, 볼트, 또는 리벳으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부 및 걸림부는 일측 또는 중앙 부위가 외향 돌출되도록 절곡되어 있는 브래킷 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 걸림부는 제 1 걸림턱 및 제 2 걸림턱을 포함하며, 상기 돌출부의 일부가 제 1 걸림턱과 제 2 걸림턱 사이에 위치하여 맞물림 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 걸림부는 텐션 바의 상단면에 결합되어 있고, 상기 제 1 걸림턱 및 제 2 걸림턱은 전지모듈의 측면 배열 방향에 평행한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 걸림부에 대응하는 위치에서 하우징의 내면에 결합되어 있고, 상기 걸림부는 전지모듈 어셈블리에 대한 하우징의 장착 과정에서 돌출부와 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부 및 걸림부는 각각 둘 이상의 개수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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