KR20150097017A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20150097017A
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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 진동이나 충격 등 물리적 힘이 가해지더라도, 셀 어셈블리를 비롯한 여러 구성요소들의 고장 내지 파손이 방지될 수 있는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트; 상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및 상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징을 포함하되, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지가 구비된 셀 어셈블리 등 배터리 팩에 포함된 각 구성요소가 하우징 내에서 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
일반적으로 배터리 팩에는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 이차 전지 집합체인 셀 어셈블리와 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 등의 전장품이 하우징 내에 포함되는 형태로 구성된다. 이러한 배터리 팩을 구성함에 있어서, 하우징 내에 셀 어셈블리를 비롯한 여러 배터리 팩의 구성요소들을 어떻게 결합시킬 것인가 하는 문제는 매우 중요하다.
더욱이, 배터리 팩은 진동이나 충격 등 외부로부터 물리적인 힘을 받을 수 있다. 특히, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 차량 특성상 진동이나 충격 등에 자주 노출될 수 있으며, 그 강도 또한 작지 않다. 따라서, 이러한 외부의 물리적인 힘에도 배터리 팩의 각 구성요소가 고장이나 파손되지 않도록 하기 위해서는, 셀 어셈블리를 비롯한 배터리 팩의 각 구성요소가 하우징 내에서 이동되지 않고 안정적으로 결합 고정될 필요가 있다.
그런데, 종래 배터리 팩 구성에 의하면, 셀 어셈블리 등 각 구성요소가 하우징 내에 안정적으로 결합되지 못하는 문제가 있다. 특히, 종래 배터리 팩 구성의 경우, 하우징 내에서 셀 어셈블리의 고정은 셀 어셈블리의 하면 또는 옆면을 고정하는 방식이 대표적으로 이용되었다. 그런데, 옆면 고정 방식의 경우, 연결 고정을 위한 공간이 셀 어셈블리의 옆면에 일정 수준 이상 필요하므로, 협소한 내부 공간을 갖는 배터리 팩에는 쉽게 적용되지 못하며, 적용시 배터리 팩의 부피가 커지는 문제가 있다. 또한, 하면 고정 방식의 경우, 배터리 팩에 충격 등이 가해질 때, 셀 어셈블리의 하면 고정 부분에 충격이 집중되어 고정 부분이 파손되고 이로 인해 셀 어셈블리를 비롯하여 배터리 팩이 파손되거나 고장날 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩에 진동이나 충격 등 물리적 힘이 가해지더라도, 셀 어셈블리를 비롯한 여러 구성요소들의 고장 내지 파손이 방지될 수 있는 배터리 팩과 그 제조 방법, 그리고 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트; 상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및 상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징을 포함하되, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된다.
바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 로워돌기를 상기 어셈블리홀에 대응되는 위치에 구비하여, 상기 로워돌기가 상기 어셈블리홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 로워돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 어셈블리홀의 상부에서 상기 로워돌기의 나사산에 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는 어셈블리돌기를 상부에 구비하고, 상기 전장 플레이트는 상기 어셈블리돌기에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀이 형성되어, 상기 어셈블리돌기가 상기 제1 플레이트홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 센터 플레이트 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 어셈블리돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 제1 플레이트홀의 상부에서 상기 어셈블리돌기의 나사산에 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 전장 플레이트는 적어도 일측에 제2 플레이트홀이 형성되고, 상기 어퍼 하우징은 상기 제2 플레이트홀에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 플레이트홀 및 상기 제1 어퍼홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 볼트 및 상기 제2 플레이트홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 플레이트홀에 나사 결합되어 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 테두리부에 로워홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 어퍼홀 및 상기 로워홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 어퍼 하우징과 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 볼트 및 상기 제2 어퍼홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 어퍼홀에 나사 결합되어 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 로워 하우징의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 전장품은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 배터리 팩을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트, 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징, 및 어퍼 하우징을 준비하는 단계; 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이를 결합 고정시키는 단계; 상기 셀 어셈블리를 상기 로워 하우징의 내부 공간에 수납하는 단계; 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 하우징 내에서 셀 어셈블리를 비롯한 각 구성요소가 안정적으로 결합 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩에 진동이나 충격 등이 가해지더라도 셀 어셈블리나 다른 여러 구성요소에 고장이나 손상이 발생할 염려가 줄어들 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리에 가해지는 충격이 하면 등 특정 부분에 집중되지 않고 여러 부분으로 분산될 수 있어, 셀 어셈블리의 손상이나 파손 등을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리 및 전장품을 안정적으로 고정시킬 수 있으면서도 결합 고정을 위한 추가 공간이 많이 필요하지 않아, 배터리 팩의 컴팩트화에 부응할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 진동이나 충격에 보다 많이 노출될 수 있는 전기 자동차용 배터리 팩에 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리 및 전장품을 안정적으로 고정시킬 수 있으면서도 배터리 팩의 조립이 복잡하지 않고 용이하게 수행될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에서 셀 어셈블리와 전장 플레이트 구성만을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징 및 전장 플레이트를 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 4는, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징을 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100), 전장 플레이트(200), 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 이차 전지를 구비한다. 특히, 배터리 팩에 있어서, 상기 셀 어셈블리(100)는 다수의 이차 전지를 구비하는 이차 전지의 집합체일 수 있다. 여기서, 다수의 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지는, 일 방향, 이를테면 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
한편, 셀 어셈블리(100)는, 파우치형 이차 전지의 적층을 위한 적층용 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은 이차 전지를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 이차 전지를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은, 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있으며, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 적층용 프레임의 네 모서리는 파우치형 이차 전지의 외주부에 각각 위치할 수 있다.
상기 전장 플레이트(200)는, 상부와 하부에 넓은 면을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 전장 플레이트(200)의 넓은 상부면에는 전장품이 장착될 수 있다. 이러한 전장 플레이트(200)의 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는, 도 1의 구성에서 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200) 구성만을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전장 플레이트(200)의 상부에는 하나 이상의 전장품이 장착될 수 있다. 여기서, 상기 전장 플레이트(200)에 장착되는 전장품은, BMS(201), 전류센서(202), 릴레이(203) 및 퓨즈(204) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)(201)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소라 할 수 있다.
또한, 전류센서(202)는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이(203)는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈(204)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서, 릴레이 및 퓨즈는 BMS와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS에 의해 제어될 수 있다.
이와 같은 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 자체는, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 본 명세서에서는 이들 각 구성요소에 대한 보다 상세한 설명을 생략하도록 한다.
상기 전장 플레이트(200)는, 상기 전장품들 이외에 버스바가 하나 이상 장착될 수 있다. 그리고, 상기 전장 플레이트(200)는, 어퍼 하우징의 외부로 노출되는 팩 단자를 구비할 수 있다. 이러한 팩 단자는 외부의 충방전 기기를 배터리 팩에 연결할 때 이용되는 단자로서, 양극 팩 단자와 음극 팩 단자를 포함할 수 있다. 이때, 버스바는, 셀 어셈블리(100)의 전극 단자와 상기 팩 단자 사이를 연결하여 충방전 경로로 이용될 수 있으며, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 등 여러 전장품 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 특히, 버스바에는 양극 버스바와 음극 버스바가 포함될 수 있으며, 양극 버스바는 셀 어셈블리(100)의 양극 단자와 양극 팩 단자 사이를 연결하고, 음극 버스바는 셀 어셈블리(100)의 음극 단자와 음극 팩 단자 사이를 연결할 수 있다. 이처럼, 버스바는 전기적 연결을 위한 구성요소이기 때문에 전기적 전도성을 가진 재질로 형성될 수 있으며, 특히 어느 정도의 기계적 강도를 확보하기 위해 구리와 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 전장 플레이트(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)의 조립이 용이하고, 전장 플레이트(200)에 장착된 전장품과 셀 어셈블리(100)의 연결 또한 용이해질 수 있다. 뿐만 아니라, 전장 플레이트(200)에 장착된 전장품의 상부 방향으로의 분리가 용이해지고, 상부 방향에서의 장착이 용이해져, 각 전장품에 대한 교체가 손쉽게 수행될 수 있다.
상기 로워 하우징(lower housing)(300)은, 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간은 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200)를 수납할 수 있다. 상기 로워 하우징(300)은, 배터리 팩에 있어서, 외장재 역할을 할 수 있기 때문에, 배터리 팩에 구조적 안정성을 부여하고, 충격이나 물질 등 외부의 다른 물리적인 요소로부터 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200)와 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호할 수 있다.
상기 어퍼 하우징(upper housing)은, 로워 하우징(300)의 상부에 위치하여, 로워 하우징(300)의 상부 개방된 부분을 덮도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 어퍼 하우징은, 상기 로워 하우징(300)의 개방부를 커버함으로써, 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200) 등 여러 구성요소들이 외부로 노출되지 않고 보호되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 어퍼 하우징은 상부 방향으로 오목하게 형성된 형태로 내부에 빈 공간을 구비할 수 있으며, 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200) 중 적어도 일부분이 이러한 어퍼 하우징의 내부 공간에 수납되도록 할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 셀 어셈블리(100), 전장 플레이트(200), 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 포함할 수 있는데, 이러한 각각의 구성요소들은 체결 부재에 의해 서로 결합 고정되도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이가 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있으며, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이가 다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있다. 또한, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이가 또다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있으며, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이가 또다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있다. 이때, 각 구성요소 사이를 결합시키기 위한 체결 부재는, 각 구성요소에 일체화되어 구현되거나, 별도로 구비되는 형태로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이의 결합 고정을 위해, 상기 셀 어셈블리(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀(110)이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은, 이러한 셀 어셈블리(100)의 어셈블리홀(110)에 대응되는 위치에 상부 방향으로 돌출된 형태의 로워돌기(310)를 상면에 구비할 수 있다. 이때, 로워 돌기의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 이러한 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이의 결합 고정 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 3은, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징 및 전장 플레이트(200)를 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 3을 참조하면, A1 부분에 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 하부 외측에 복수의 어셈블리홀(110)이 수평 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 2개의 어셈블리홀(110)이 셀 어셈블리(100)의 좌측으로 돌출된 형태로 형성되고, 다른 2개의 어셈블리홀(110)이 셀 어셈블리(100)의 우측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)의 상면에는 이러한 4개의 어셈블리홀(110)에 대응되는 위치에 로워돌기(310)가 형성될 수 있다. 따라서, 로워 하우징(300)의 내부 공간으로 셀 어셈블리(100)가 수납되면, 4개의 로워돌기(310)는 4개의 어셈블리홀(110)에 각각 관통하여 삽입 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 어셈블리홀(110)과 로워돌기(310)의 체결로 인해, 상기 셀 어셈블리(100)와 로워 하우징(300)은 상호 결합 고정될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(300)의 내부에서 셀 어셈블리(100)가 수평 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 로워돌기(310)의 외면에는 나사산이 형성되어 있을 수 있으며, 너트(N1)가 어셈블리홀(110)의 상부에서 이러한 로워돌기(310)의 나사산에 결합될 수 있다. 즉, 로워돌기(310)에 어셈블리홀(110)이 끼워진 상태에서, 셀 어셈블리(100)의 상부로 너트(N1)가 체결되어 셀 어셈블리(100)를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 너트(N1)에 의해, 어셈블리홀(110)이 로워돌기(310)에서 이탈되거나 끼워진 상태로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 셀 어셈블리(100)와 로워 하우징(300)이 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200)의 결합 고정을 위해, 셀 어셈블리(100)는 상부에 어셈블리돌기(120)를 구비할 수 있다. 이러한 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)의 결합 구성에 대해서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징을 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
보다 구체적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 이러한 어셈블리돌기(120)는 셀 어셈블리(100)의 상부에 다수 구비되며, 상부 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 전장 플레이트(200)는 이러한 어셈블리돌기(120)에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀(210)이 형성될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)의 상부로 전장 플레이트(200)가 안착되면, 다수의 어셈블리돌기(120)는, 도 4의 A2 부분에 표시된 바와 같이, 그에 대응하는 제1 플레이트홀(210)에 각각 관통하여 삽입 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 어셈블리돌기(120)와 제1 플레이트홀(210)의 체결로 인해, 상기 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)는 상호 결합 고정될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 상부에서 전장 플레이트(200)가 수평 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 어셈블리돌기(120)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있으며, 너트(N2)가 제1 플레이트홀(210)의 상부에서 이러한 어셈블리돌기(120)의 나사산에 결합될 수 있다. 즉, 어셈블리돌기(120)에 제1 플레이트홀(210)이 끼워진 상태에서, 전장 플레이트(200)의 상부로 너트(N2)가 체결되어 전장 플레이트(200)를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 너트(N2)에 의해, 전장 플레이트(200)의 제1 플레이트홀(210)이 어셈블리돌기(120)에서 이탈되거나 끼워진 상태로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)가 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징의 결합 고정을 위해, 전장 플레이트(200)는 적어도 일측에 제2 플레이트홀(220)이 형성될 수 있다. 그리고, 어퍼 하우징은 이러한 제2 플레이트홀(220)에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀(410)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 전장 플레이트(200)에 다수, 이를테면 4개의 제2 플레이트홀(220)이 형성될 수 있다. 그리고, 어퍼 하우징에는, 이러한 제2 플레이트홀(220)에 대응되는 위치에 다수, 이를테면 4개의 제1 어퍼홀(410)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 어퍼홀(410)은 관통된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 볼트(B1)가 제1 어퍼홀(410)을 삽입 관통하여 제2 플레이트홀(220)까지 삽입되어 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 제1 볼트(B1)와 제1 어퍼홀(410) 및 제2 플레이트홀(220)의 체결로 인해, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이가 결합 고정될 수 있다.
여기서, 상기 제1 볼트(B1)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 플레이트홀(220)에는, 이러한 제1 볼트(B1)의 나사산에 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 볼트(B1)는 제2 플레이트홀(220)에 회전 결합되어 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 볼트(B1)와 제2 플레이트홀(220) 사이의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 제1 볼트(B1)를 어퍼 하우징의 상부에서 제1 어퍼홀(410)을 관통하여 전장 플레이트(200)의 제2 플레이트홀(220)에 삽입 체결시키면 되므로, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이의 결합 공정이 용이하게 수행될 수 있으며, 별도의 너트 등을 전장 플레이트(200)의 하부에 결합시킬 필요가 없다.
또한 바람직하게는, 어퍼 하우징과 로워 하우징(300)의 결합 고정을 위해, 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은 테두리부의 제2 어퍼홀(420)에 대응되는 위치에 로워홀(320)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 4를 참조하면, 로워 하우징(300)에 다수, 이를테면 4개의 로워홀(320)이 형성될 수 있다. 특히, 로워 하우징(300)은 내부에 수납 공간을 형성하기 위해 하면 및 측면을 구비하며, 상부가 개방된 채 상면은 구비하지 않을 수 있다. 이때, 로워홀(320)은 어퍼 하우징과 접촉하는 로워 하우징(300)의 가장 상부에 위치할 수 있다. 로워 하우징(300)의 가장 상부는, 측면이 위치한 테두리부라 할 수 있으며, 로워홀(320)은 이러한 테두리부, 즉 로워 하우징(300)의 측면 상부에서 하부 방향으로 형성될 수 있다.
상기 어퍼 하우징은 로워 하우징(300)의 로워홀(320)에 대응되는 위치에 다수, 이를테면 4개의 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다. 따라서, 어퍼 하우징이 로워 하우징(300)의 형태 및 크기에 유사한 형태 및 크기를 갖는 경우, 어퍼 하우징 역시 테두리부에 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다.
이러한 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 구성에서, 제2 볼트(B2)는 제2 어퍼홀(420)을 삽입 관통하여 로워홀(320)까지 삽입되어 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 제2 볼트(B2)와 제2 어퍼홀(420) 및 로워홀(320)의 체결로 인해, 어퍼 하우징과 로워 하우징(300) 사이가 결합 고정될 수 있다.
여기서, 상기 제2 볼트(B2)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 어퍼홀(420)에는, 이러한 제2 볼트(B2)의 나사산에 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 제2 볼트(B2)는 제2 플레이트홀(220)에 회전 결합되어 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 볼트(B2)와 제2 플레이트홀(220) 사이의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 제2 볼트(B2)를 어퍼 하우징의 상부에서 제2 어퍼홀(420)을 관통하여 로워홀(320)에 끼우면 되므로, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이의 결합 공정이 용이하게 수행될 수 있으며, 별도의 너트 등을 구비하여 제2 볼트(B2)에 체결할 필요가 없다.
한편, 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징은 상부에서 바라본 형태가 대략 사각형이 되도록 구성될 수 있다. 이때, 로워홀(320) 및 제2 어퍼홀(420)은 적어도, 사각 형태의 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 모서리 부근에 각각 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징의 결합 고정이 전체 부분에 걸쳐 안정적으로 유지될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 로워 하우징(300)의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이에 개재되어 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이 공간이 밀폐되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징이 서로 접촉하는 부분인 테두리 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징이 사각 형태로 구성된 경우, 이러한 실링 부재는 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 테두리부를 따라 사각 링 형태로 구성될 수 있다.
상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징을 밀폐시키기 위한 구성요소이기 때문에, 고무와 같은 탄성을 가진 폴리머 재질로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 자동차용 배터리 팩의 경우, 진동이나 충격 등 외부의 물리적인 힘에 자주 노출될 수 있으며, 물리적인 힘의 크기 또한 클 수 있다. 그런데, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이 및 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이가 서로 결합 고정되어 있기 때문에, 배터리 팩의 각 구성요소가 움직이지 않고 안정적으로 고정되어, 관성이나 진동, 충돌 등에 의한 고장 내지 파손이 효과적으로 방지될 수 있다. 특히, 팩 하우징 내에서 셀 어셈블리(100)의 특정 부분에 힘이 집중되는 것을 방지하여 셀 어셈블리(100)의 파손이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조 방법의 실시예를 개략적으로 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법에 의하면, 먼저 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리(100), 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트(200), 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 준비한다(S110).
다음으로, 셀 어셈블리(100)의 상부에 전장 플레이트(200)를 안착시켜 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이를 결합 고정시킨다(S120). 그리고 나서, 전장 플레이트(200)가 결합된 셀 어셈블리(100)를 로워 하우징(300)의 내부 공간에 수납한다(S130). 다음으로, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이를 결합 고정시킨 후(S140), 로워 하우징(300)의 상부 개방부에 어퍼 하우징을 덮는다. 그리고 나서, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시킨 후(S150), 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시킨다(S160).
한편, 도 5에 도시된 순서는 일 실시예에 의한 것일 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 순서에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 S120 단계는 S140 단계 이후에 수행될 수도 있고, 상기 S150 단계는 상기 S160 단계 이후에 수행될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 셀 어셈블리
110: 어셈블리홀
120: 어셈블리돌기
200: 전장 플레이트
210: 제1 플레이트홀
220: 제2 플레이트홀
300: 로워 하우징
310: 로워돌기
320: 로워홀
400: 어퍼 하우징
410: 제1 어퍼홀
420: 제2 어퍼홀

Claims (13)

  1. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트;
    상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및
    상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징
    을 포함하되,
    상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 로워돌기를 상기 어셈블리홀에 대응되는 위치에 구비하여, 상기 로워돌기가 상기 어셈블리홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로워돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 어셈블리홀의 상부에서 상기 로워돌기의 나사산에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는 어셈블리돌기를 상부에 구비하고, 상기 전장 플레이트는 상기 어셈블리돌기에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀이 형성되어, 상기 어셈블리돌기가 상기 제1 플레이트홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 센터 플레이트 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어셈블리돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 제1 플레이트홀의 상부에서 상기 어셈블리돌기의 나사산에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전장 플레이트는 적어도 일측에 제2 플레이트홀이 형성되고, 상기 어퍼 하우징은 상기 제2 플레이트홀에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 플레이트홀 및 상기 제1 어퍼홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼트 및 상기 제2 플레이트홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 플레이트홀에 나사 결합되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 테두리부에 로워홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 어퍼홀 및 상기 로워홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 어퍼 하우징과 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 볼트 및 상기 제2 어퍼홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 어퍼홀에 나사 결합되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 로워 하우징의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전장품은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  13. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트, 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징, 및 어퍼 하우징을 준비하는 단계;
    상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이를 결합 고정시키는 단계;
    상기 셀 어셈블리를 상기 로워 하우징의 내부 공간에 수납하는 단계;
    상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계;
    상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 및
    상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
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