KR20150086680A - 수분 침투 방지 수단을 포함하고 있는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈 어셈블리가 상면에 탑재되는 트레이(tray) 어셈블리; 상기 전지모듈 어셈블리를 내장한 상태로 트레이 어셈블리의 상면에서 외주가 트레이 어셈블리의 외주와 대면 결합하는 커버(cover) 부재; 상기 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 개재되는 밀봉용 가스켓(gasket); 및 상기 커버 부재의 상면에서 커버 부재의 외주 일부를 가압하면서 양 단부들이 트레이 어셈블리에 고정되는 하나 이상의 강화 브라켓(bracket);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

수분 침투 방지 수단을 포함하고 있는 전지팩 {Battery Pack Having Means for Preventing Permeation of Moisture}
본 발명은 수분 침투 방지 수단을 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
한편, 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 전지모듈을 포함하는 전지팩이 사용된다
이러한 전지팩의 경우, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 다양한 작동 환경에 노출되는 디바이스들은 전지팩을 구성하는 요소들이 외부 환경에 대해 안정적으로 보호되어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.
대표적으로, 장마철과 같은 다습한 조건 및 다양한 환경에서는 수분 및 이물질이 전지팩 내부로 침투하기 쉬우며, 이로 인해 전지팩을 구성하는 전지모듈 및 전기적 연결 장치의 오작동을 일으키는 등 전지팩의 안전성을 저하시킬 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 밀봉용 가스켓을 개재함으로써, 전지팩에 대한 수분 및 외부 이물질의 침투를 방지하고, 이에 따라, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 커버 부재의 외주 일부를 가압하는 강화 브라켓을 포함하고, 커버 부재의 체결 연장부에 플랜지를 형성함으로써, 가스켓의 반발력에 의한 커버 부재의 형상 변형을 방지하고, 다양한 작동 환경에서 전지팩의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
복수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈 어셈블리가 상면에 탑재되는 트레이(tray) 어셈블리;
상기 전지모듈 어셈블리를 내장한 상태로 트레이 어셈블리의 상면에서 외주가 트레이 어셈블리의 외주와 대면 결합하는 커버(cover) 부재;
상기 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 개재되는 밀봉용 가스켓(gasket); 및
상기 커버 부재의 상면에서 커버 부재의 외주 일부를 가압하면서 양 단부들이 트레이 어셈블리에 고정되는 하나 이상의 강화 브라켓(bracket);
을 포함하고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 밀봉용 가스켓을 개재함으로써, 전지팩에 대한 수분 및 외부 이물질의 침투를 방지하고, 이에 따라, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 커버 부재의 외주 일부를 가압하는 강화 브라켓을 포함하고, 커버 부재의 체결 연장부에 플랜지를 형성함으로써, 가스켓의 반발력에 의한 커버 부재의 형상 변형을 방지하고, 다양한 작동 환경에서 전지팩의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지모듈 어셈블리는 폭 대비로 높이가 크고 상기 높이 대비로 전후방의 길이가 큰 구조로 이루어진 구조로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 전지팩은 적용되는 디바이스에 따라 제한된 공간에 탑재되므로, 소정의 공간에서 최대의 용량을 발휘할 수 있도록 구성하는 것이 중요하며, 이러한 전지팩의 구성은, 상기 전지팩의 대부분을 이루는 전지모듈 어셈블리의 구성 방법에 의해 크게 좌우된다.
대표적으로, 차량용 전지팩의 경우, 높은 집적도로 배치되어 있는 차량용 부품들로 인해 전지팩의 탑재 공간이 제한되는 바, 운전석과 보조석 사이와 같은 좁은 공간에 탑재될 수 있으므로, 상기 전지팩을 구성하는 전지모듈 어셈블리는 폭 대비로 높이가 크고 상기 높이 대비로 전후방의 길이가 큰 직육면체 구조 또는 터널형 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 직육면체 구조로 인해, 전지팩을 구성하는 상기 트레이 어셈블리의 전방에는 전지모듈 어셈블리의 작동 스위칭부가 장착되어 있는 구조일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전지팩이 적용되는 디바이스의 종류 및 형상에 따라, 상기 작동 스위칭부가 장착되는 부위는 다양할 수 있다.
또한, 상기 트레이 어셈블리의 전방 외주와 후방 외주 상에는 각각 전방 외주 벽과 후방 외주 벽이 장착되어 있고, 상기 가스켓은 외주 벽들과 커버 부재 사이에 개재되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 트레이 어셈블리에 탑재되는 전지모듈 어셈블리는 외부의 장치들과 전기적으로 연결되며, 상기 전기적 연결 장치들은 트레이 어셈블리의 전방 외주와 후방 외주 상에 각각 장착되어 있는 전방 외주 벽과 후방 외주 벽에 장착될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전지팩은 외주 벽을 통해 디바이스와 결합됨으로써, 외부에서 인가되는 충격에 따른 유동을 줄일 수도 있다.
이러한 트레이 어셈블리의 구조에 따라, 상기 가스켓은 트레이 어셈블리의 외주 벽들이 장착되어 있는 부위에서, 상기 외주 벽들과 커버 부재 사이에 개재된다.
한편, 상기 가스켓을 사이에 두고 트레이 어셈블리와 결합하는 커버 부재의 외주에는 트레이 어셈블리에 대한 체결을 위해 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 체결 연장부가 형성되어 있고, 상기 체결 연장부에는 체결부재가 삽입되기 위한 복수의 제 1 관통구들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 커버 부재는 트레이 어셈블리와 결합하며, 상기 결합은 체결 부재에 의해 이루어지는 바, 더욱 구체적으로, 커버 부재의 외주에는 상기 결합을 위한 체결 연장부가 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장되어 형성되어 있고, 복수의 제 1 관통구들이 상기 체결 연장부에 천공되어 있으며, 상기 관통구들로 체결부재가 삽입됨으로써, 커버 부재와 트레이 어셈블리의 결합이 달성된다.
이러한 경우에, 상기 체결 연장부에 대응하여, 트레이 어셈블리의 외주에는 전지모듈 어셈블리의 장착 부위로부터 하향 절곡된 단차부가 형성되어 있고, 상기 단차부에는 체결 연장부의 제 1 관통구들에 연통되는 복수의 제 2 관통구들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 트레이 어셈블리는 커버 부재와 함께, 체결부재의 삽입에 의해 결합되며, 구체적으로, 상기 커버 부재의 체결 연장부에 대면 결합하는 단차부가 트레이 어셈블리의 외주에 형성되어 있고, 상기 단차부에 천공되어 있는 제 2 관통구들은 커버 부재의 체결 연장부에 천공되어 있는 제 1 관통구들에 연통되어 있으며, 상기 제 1 관통구와 제 2 관통구를 관통하여 삽입되는 체결부재에 의해 커버 부재와 트레이 어셈블리의 결합이 달성된다.
또한, 상기 단차부는 커버 부재의 체결 연장부에 대응하여, 전지모듈 어셈블리의 장착 부위로부터 하향 절곡되어 있으며, 전지팩이 탑재되는 디바이스의 종류 및 형상에 따라, 전지팩의 전방으로부터 후방쪽으로 높이가 증가하거나 감소하는 경사 구간을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
또한, 단차부에는 디바이스에 대한 전지팩의 장착을 위해 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 장착용 연장부가 형성되어 있고, 상기 장착용 연장부에는 체결부재의 삽입을 위한 복수의 제 4 관통구들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 트레이 어셈블리에는 디바이스와의 장착을 위한 부위가 형성되어 있으며, 구체적으로, 커버 부재와 대면하여 결합하는 단차부에서 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 장착용 연장부가 형성되어 있고, 상기 장착용 연장부에 천공되어 있는 복수의 제 4 관통구들로 체결부재가 삽입됨으로써, 디바이스에 대한 전지팩의 고정이 이루어진다.
한편, 상기 커버 부재와 트레이 어셈블리 사이에는 전지팩의 수분 침투 방지에 따른 안전성을 향상시킬 수 있도록 가스켓이 장착되며, 상기 가스켓은 연속된 1 단위의 부재로 이루어질 수 있다.
따라서, 다수의 가스켓들로 구성되는 경우에 비해, 가스켓들 사이의 이음새 부분에서 발생할 수 있는 외부 이물질 또는 수분의 침투를 방지할 수 있다.
이러한 경우에, 서로 연통되어 있는 커버 부재의 제 1 관통구들 및 트레이 어셈블리의 제 2 관통구들에 대응하는 복수의 제 3 관통구들이 가스켓에 형성됨으로써, 하나의 관통구에 삽입되는 체결부재에 의해 커버 부재와 가스켓 및 트레이 어셈블리가 동시에 결합될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 가스켓의 소재는 커버 부재와 트레이 어셈블리의 사이에 개재되어 소정의 밀봉력과 수분 침투 방지 효과를 발휘할 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 합성 고무, 천연 고무, 실리콘, 및 PVC(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 합성 고무는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌프리필렌 고무, 다황화물계 고무, 실리콘 고무, 플루오로계 고무, 우레탄 고무, 및 아크릴 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩은, 커버 부재와 트레이 어셈블리 사이에 가스켓을 개재하는 것 외에 외부로부터의 이물질 및 수분 침투를 효과적으로 방지할 수 있도록 커버 부재의 체결 연장부의 적어도 일부에는 단부가 하향 절곡되어 있는 플랜지(flange)가 형성될 수 있으며, 구체적으로, 상기 플랜지는 전지팩의 양 측면 방향에서 체결 연장부에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 플랜지는 커버 부재와 트레이 어셈블리 사이에 개재되어 있는 가스켓을 측면 방향에서 밀폐하는 구조로서, 이러한 구조에 따라, 외부로부터의 이물질 또는 수분 침투를 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 플랜지는 가스켓의 두께에 비해 50% 내지 150%의 길이로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 체결부재의 결합에 의해 가스켓이 압축될 경우, 상기 가스켓 또는 가스켓과 트레이 어셈블리의 단차부 일부가 플랜지에 의해 측면 방향에서 효과적으로 밀폐될 수 있다.
또한, 커버 부재의 체결 연장부와 트레이 어셈블리의 단차부 사이에 개재되어 있는 가스켓의 탄성 내지 반발력에 의해 상기 커버 부재의 체결 연장부에는 형상 변형이 발생할 수 있는 바, 상기 플랜지가 형성된 구조에 의해, 커버 부재의 체결 연장부에 발생할 수 있는 형상 변형을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩은 상기 가스켓의 탄성 내지 반발력에 의한 커버 부재의 형상 변형을 방지하고, 안정적으로 커버 부재를 고정하기 위해 강화 브라켓을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 상기 강화 브라켓은 트레이 어셈블리의 전방 외주 벽에 대면하는 커버 부재의 전방 외주를 가압하여 고정하는 제 1 브라켓과, 후방 외주 벽에 대면하는 커버 부재의 후방 외주를 가압하여 고정하는 제 2 브라켓을 포함할 수 있다.
즉, 상기 브라켓은 커버 부재의 서로 대향하는 외주를 각각 가압하는 구조로서, 소망하는 효과를 발휘할 수 있다.
이를 위해, 상기 브라켓의 강도는 커버 부재의 강도와 동일하거나 그 이상일 수 있거나, 하나의 구체적인 예에서, 상기 브라켓은 커버 부재와 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
따라서, 가스켓의 탄성 내지 반발력에 의해 초래될 수 있는 커버 부재의 형상 변형을 방지하고, 안정적으로 커버 부재를 가압 및 고정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩을 이루는 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는, 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 밀봉용 가스켓을 개재함으로써, 전지팩에 대한 수분 및 외부 이물질의 침투를 방지하고, 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 커버 부재의 외주 일부를 가압하는 강화 브라켓을 포함하고, 커버 부재의 체결 연장부에 플랜지를 형성함으로써, 가스켓의 반발력에 의한 커버 부재의 형상 변형을 방지하고, 다양한 작동 환경에서 전지팩의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성요소를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 커버 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 트레이 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 가스켓의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성요소를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은, 전지모듈 어셈블리(도시하지 않음)가 상면(100c)에 탑재되는 트레이 어셈블리(500); 상기 전지모듈 어셈블리를 내장한 상태로 트레이 어셈블리(500)의 상면에서 외주가 트레이 어셈블리(500)의 외주와 대면 결합하는 커버 부재(300); 상기 대면 결합하는 트레이 어셈블리(500)의 외주와 커버 부재(300)의 외주 사이에 개재되는 밀봉용 가스켓(400); 및 상기 커버 부재(300)의 상면(100c)에서 커버 부재(300)의 전방(100a) 외주와 후방(100b) 외주를 가압하면서 양 단부들이 트레이 어셈블리(500)에 고정되는 강화 브라켓(200);을 포함하고 있다.
전지팩(100)은 높은 집적도로 배치되어 있는 차량용 부품들로 인해 탑재 공간이 제한되므로, 전지팩(100)을 이루는 전지모듈 어셈블리는 운전석과 보조석 사이와 같은 좁은 공간에 탑재될 수 있도록 폭(W) 대비로 높이(H)가 크고 상기 높이(H) 대비로 전후방의 길이(L)가 큰 직육면체 구조로 이루어져 있으며, 전지팩(100)은 이에 대응하는 직육면체 구조 또는 터널형 구조로 이루어져 있다.
상기 전지팩(100)을 구성하는 각각의 구성요소에 대한 세부 구조가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.
우선, 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 커버 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 커버 부재(300)는 트레이 어셈블리(500)의 외주 형상에 대응하는 터널 형상으로 구성되어 있다.
또한, 커버 부재(300)는 전방(100a)과 후방(100b)의 높이에 단차(310)가 형성되어 있고, 상기 높이가 높은 후방(100b)은 전지모듈 어셈블리를 감싸고, 높이가 낮은 전방(100a)은 전지모듈 어셈블리의 작동 스위칭부를 감싸는 구조이다.
한편, 커버 부재(300)는 트레이 어셈블리(500)에 대한 체결을 위해 전지팩(100)의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 체결 연장부(320)가 외주에 형성되어 있고, 체결 연장부(320)에는 체결부재가 삽입되기 위한 복수의 제 1 관통구(340)들이 천공되어 있다.
상기 제 1 관통구(340)들은 트레이 어셈블리(500) 및 가스켓(400)에 형성되어 있는 관통구들과 연통되는 구조로서, 체결부재의 삽입에 의해 상기 커버 부재(300), 트레이 어셈블리(500) 및 가스켓(400)을 결합시킬 수 있다.
또한, 체결 연장부(320)에는 단부가 하향 절곡되어 있는 플랜지(330)가 형성되어 있으며, 구체적으로, 상기 플랜지(300)는 커버 부재(300)와 트레이 어셈블리(500) 사이에 개재되어 있는 가스켓(400)을 측면 방향에서 밀폐하는 구조로 이루어져 있어, 외부로부터의 이물질 및 수분 침투를 방지할 수 있으며, 가스켓(400)의 반발력에 의한 커버 부재(300)의 형상 변형을 방지하고, 다양한 작동 환경에서 전지팩(100)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 트레이 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 트레이 어셈블리(500)는 전방(100a) 외주와 후방(100b) 외주상에 각각 전방 외주 벽(510)과 후방 외주 벽(520)이 장착되어 있다.
상기 외주 벽들(510, 520)에는 전지모듈 어셈블리와 외부 장치들의 전기적 연결을 위한 장치들이 각각 장착될 수 있으며, 상기 외주 벽들(510, 520)이 디바이스와 각각 결합됨으로써, 외부에서 인가되는 충격에 따른 전지팩(100)의 유동을 줄일 수도 있다.
트레이 어셈블리(500)의 외주에는 커버 부재(300)의 체결 연장부(320)에 대응하여, 전지모듈 어셈블리의 장착 부위(530)로부터 하향 절곡된 단차부(540)가 형성되어 있고, 단차부(540)에는 체결 연장부(320)의 제 1 관통구(340)들에 연통되는 복수의 제 2 관통구(541)들이 천공되어 있다.
또한, 단차부(540)는 전지팩(100)이 적용되는 디바이스에서, 상기 전지팩(100)이 탑재되는 공간의 형상에 대응하여, 전방(100a)으로부터 후방(100b)쪽으로 높이가 증가하는 경사 구간(550)을 포함하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전지팩(100)이 적용되는 디바이스의 종류, 형상 및 탑재 공간에 따라 전방(100a)으로부터 후방(100b)쪽이로 높이가 감소하는 구조일 수 있다.
단차부(540)에는 디바이스에 대한 전지팩(100)의 장착을 위해 전지팩(100)의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 장착용 연장부(560)가 형성되어 있고, 상기 장착용 연장부(560)에는 복수의 제 4 관통구(561)들이 천공되어 있어, 체결부재의 삽입을 통해 디바이스에 안정적으로 결합 및 고정될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 가스켓의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다..
도 4를 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면, 가스켓(400)은 연속된 1 단위의 부재로 이루어져 있고, 트레이 어셈블리(500)의 외주에 대응하는 형상으로서, 트레이 어셈블리(500)의 전방 외주 벽(510)과 후방 외주 벽(520)에 각각 대응하는 굴곡들(410, 420)을 포함하고 있으며, 트레이 어셈블리(500)의 단차부(540)에 형성되어 있는 경사 구간(550)에 대응하는 경사 구간(430)을 포함하고 있다.
또한, 가스켓(400)은 커버 부재(300)의 제 1 관통구(340)들 및 트레이 어셈블리의 제 2 관통구(541)들에 대응하는 복수의 제 3 관통구(440)들을 포함하고 있으며, 서로 연통되는 상기 제 1 관통구(340)들, 제 2 관통구(541)들 및 제 3 관통구(440)들로 삽입되는 체결부재에 의해 대면 결합하는 트레이 어셈블리(500)의 외주와 커버 부재(300)의 외주 사이에 개재됨으로써, 전지팩(100)에 대한 외부로부터의 이물질 및 수분 침투를 방지하고, 이에 따라, 전지팩(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 복수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈 어셈블리가 상면에 탑재되는 트레이(tray) 어셈블리;
    상기 전지모듈 어셈블리를 내장한 상태로 트레이 어셈블리의 상면에서 외주가 트레이 어셈블리의 외주와 대면 결합하는 커버(cover) 부재;
    상기 대면 결합하는 트레이 어셈블리의 외주와 커버 부재의 외주 사이에 개재되는 밀봉용 가스켓(gasket); 및
    상기 커버 부재의 상면에서 커버 부재의 외주 일부를 가압하면서 양 단부들이 트레이 어셈블리에 고정되는 하나 이상의 강화 브라켓(bracket);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리는 폭 대비로 높이가 크고 상기 높이 대비로 전후방의 길이가 큰 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이 어셈블리의 전방에는 전지모듈 어셈블리의 작동 스위칭부가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이 어셈블리의 전방 외주와 후방 외주 상에는 각각 전방 외주 벽과 후방 외주 벽이 장착되어 있고, 상기 가스켓은 외주 벽들과 커버 부재 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재의 외주에는 트레이 어셈블리에 대한 체결을 위해 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 체결 연장부가 형성되어 있고, 상기 체결 연장부에는 체결부재가 삽입되기 위한 복수의 제 1 관통구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 체결 연장부에 대응하여, 트레이 어셈블리의 외주에는 전지모듈 어셈블리의 장착 부위로부터 하향 절곡된 단차부가 형성되어 있고, 상기 단차부에는 체결 연장부의 제 1 관통구들에 연통되는 복수의 제 2 관통구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단차부는 전지팩의 전방으로부터 후방쪽으로 높이가 증가하거나 감소하는 경사 구간을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 단차부에는 디바이스에 대한 전지팩의 장착을 위해 전지팩의 바깥쪽 방향으로 절곡 연장된 장착용 연장부가 형성되어 있고, 상기 장착용 연장부에는 체결부재의 삽입을 위한 복수의 제 4 관통구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 가스켓은 연속된 1 단위의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 관통구들 및 제 2 관통구들에 대응하는 복수의 제 3 관통구들이 가스켓에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 가스켓의 소재는 합성 고무, 천연 고무, 실리콘, 및 PVC(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 합성고무는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌프리필렌 고무, 다황화물계 고무, 실리콘 고무, 플루오로계 고무, 우레탄 고무, 및 아크릴 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 5 항에 있어서, 상기 체결 연장부의 적어도 일부에는 단부가 하향 절곡되어 있는 플랜지(flange)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 플랜지는 커버 부재와 트레이 어셈블리 사이에 개재되어 있는 가스켓을 측면 방향에서 밀폐하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 플랜지는 전지팩의 양 측면 방향에서 체결 연장부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 전방 외주 벽에 대면하는 커버 부재의 전방 외주를 가압하여 고정하는 제 1 브라켓과, 상기 후방 외주 벽에 대면하는 커버 부재의 후방 외주를 가압하여 고정하는 제 2 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 브라켓의 강도는 커버 부재의 강도와 동일하거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 브라켓은 커버 부재와 동일한 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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