KR20160002982U - 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 어셈블리 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 고안에 따른 배터리 팩은 일정한 전압이 충전된 복수의 배터리 셀 및 상기 각각의 배터리 셀에 대응하여, 상기 배터리 셀들을 지지하는 거치대를 포함하며, 상기 배터리 셀들의 전체 출력전압이 기설정된 기준전압에 수렴하도록, 상기 배터리 셀들은 상호 직렬로 전기적 연결된다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 어셈블리{Battery pack and battery pack assembly including the same}
본 고안은 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 어셈블리에 관한 것이다.
자동차의 소음 및 배출가스 등의 공해문제를 해결할 뿐만 아니라 에너지 절약과 관련된 잉여전력의 유효한 이용을 위하여 전기자동차가 새로운 교통수단으로써 각광받고 있다. 근래에는 전기자동차의 개발이 가속화되어 주행속도, 최대 주행거리, 경제성 등이 일반 자동차에 근접하고 있다.
특히, 기술 선진국에서는 전기자동차의 개발이 활성화되어 생산원가를 제외한 부분은 가솔린 차량과 대등한 수준에 이르고 있다. 전기자동차는 동력원으로써 가솔린 자동차의 연료에 해당하는 충전된 배터리를 사용하고 있다. 전기자동차의 배터리 충전성능을 아직까지 먼 거리를 주행할 만큼 충분한 수준이 아니기 때문에 전기자동차는 수시로 충전소 등에서 재충전하는 작업이 필요하다.
2013-0066651KR
본 고안은 스마트폰에 사용하는 복수개의 배터리셀이 직렬로 연결된 배터리 팩 과 상기 배터리 팩이 병렬로 복수개 연결된 배터리 팩 어셈블리를 통해, 전기자동차에 사용되는 이차전지의 생산성 및 효율성을 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함한 배터리 팩 어셈블리를 제공하고자 함이다.
본 고안에 따른 배터리 팩은 일정한 전압이 충전된 복수의 배터리 셀 및 상기 각각의 배터리 셀에 대응하여, 상기 배터리 셀들을 지지하는 거치대를 포함하며, 상기 배터리 셀들의 전체 출력전압이 기설정된 기준전압에 수렴하도록, 상기 배터리 셀들은 상호 직렬로 전기적 연결된다.
또한, 상기 배터리 셀은 2000 [㎃] 내지 10,000 [㎃]의 전류를 출력하며, 3.5 [V] 내지 3.7 [V]의 전압을 유지한다.
또한, 상기 배터리 셀은 이차전지로서, 리튬 이온 전지 또는 니켈 카드뮴 전지이다.
또한, 상기 거치대는 상기 배터리 셀이 내부에 삽입되어 고정될 수 있는 슬롯형태로서, 두께방향으로 연속적으로 배열된다.
또한, 상기 거치대는 상기 배터리 셀이 삽입되는 경우, 상기 배터리 셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 접속단자를 포함한다.
본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리는 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 단위 배터리 팩들의 전체 출력전력량이 기설정된 기준전력량에 수렴하도록, 상기 단위 배터리 팩들은 상호 병렬로 전기적 연결된다.
또한, 상기 배터리 팩은 2000 [㎃] 내지 5000 [㎃]의 전류를 출력하며, 3.5 [V] 내지 3.7 [V]의 전압을 유지하는 복수의 배터리 셀을 포함한다.
또한, 상기 배터리 셀은 이차전지로서, 리튬 이온 전지 또는 니켈 카드뮴 전지를 포함한다.
본 고안은 현재 스마트폰에 사용되는 배터리 셀을 활용하여, 전기자동차에 필요한 전력을 공급함으로써, 전기자동차의 가격형성에 큰 비중을 차지하는 이차전지의 가격을 낮출수 있으며, 이를 통해, 전기자동차의 전체적인 가격경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 본 고안은 기존의 전기자동차에 사용되는 부피가 큰 이차전지에 비하여, 스마트폰에 사용되는 작은 크기의 배터리 셀의 고집적화 구조를 통해, 전기자동차에 필요한 전력을 공급함으로써, 전기자동차의 전체적인 차량무게를 줄일 수 있으며, 이를 통해, 전기자동차의 차량 주행거리등의 성능을 개선시킬 수 있다.
또한, 기존의 전기자동차에 사용되는 이차전지는 발열에 따른 별도의 냉각기가 필요한 반면, 본 고안은 소형의 배터리셀을 이용하는 구조를 통해, 공기에 의한 자연냉각만으로 상기 배터리셀의 발열문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 고안의 배터리 팩 및 배터리 팩 어셈블리는 소형 배터리 셀의 고집적화된 구조인바, 전기자동차의 한정된 구조내에서 설치공간을 확보할 수 있으며, 이동, 보관 및 교체가 용이하다.
도 1 은 본 고안에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 'a' 부분에 대한 확대도이다.
도 3은 본 고안에 따른 배터리 팩의 거치대 배열구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리를 나타낸 도면이다.
본 고안의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 고안을 설명함에 있어서, 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다.
도 1 은 본 고안에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 'a' 부분에 대한 확대도이고, 도 3은 본 고안에 따른 배터리 팩의 거치대 배열구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 셀(110), 상기 각각의 배터리 셀(110)을 지지고정하는 복수의 거치대(100) 및 배터리 셀(110) 과 거치대(100)를 내부에 수용하는 제 1 하우징(120)을 포함하며, 상기 배터리 셀(110)들의 전체 출력전압이 기설정된 기준전압에 수렴하도록, 배터리 셀(110)들은 상호 직렬로 전기적 연결된다.
제 1 하우징(120)은 복수의 배터리 셀(110) 및 각각의 배터리 셀(110)에 대응되도록 형성된 거치대(100)를 내부에 수용하며, 외부 충격으로 부터 배터리 셀(110)을 보호하도록, 금속재료 또는 플라스틱등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 셀(110)은 여러번 충전이 가능한 이차전지(Secondary cell)로서,납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-수소 축전지(NiMH), 리튬-이온 전지(Li-ion) 또는 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)일 수 있다.
여기에서, 배터리 셀(110)은 출력전류량이 2000 [mAh] 내지 10,000 [mAh]이며, 출력전압이 3.5 ~ 3.7 [V]인 스마트 폰등에 사용되는 리튬-이온 전지(Li-on)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 배터리 셀(110)은 전체 출력전압(Vo)이 기설정된 전압에 수렴하도록, 배터리 셀(110)들은 상호 직렬방식으로 전기적 연결된다.
여기에서, 배터리 셀(110)의 전체 출력전압(Vo)는 배터리 팩(10)의 출력전압(Vp)과 동일하며, 기설정된 전압은 전기자동차에 사용되는 전기모터(DC)의 구동전압(Vm)에 따라 결정될 수 있으며, 일반적으로 220 ~ 380 [V]일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
거치대(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)을 지지고정하기 위해, 제 1 하우징(120)의 내부 일면에 각각의 배터리 셀(110)에 대응하도록 두께방향으로 연속적으로 구비된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 거치대(100)는 배터리 셀(110)이 내부에 삽입되어 고정될 수 있도록 "
Figure utm00001
" 형상의 슬롯형태로 형성될 수 있으며, 배터리 셀(110)이 거치대(100)에 삽입되는 경우, 배터리 셀(110)의 전극단자(111) 와 전기적으로 접속되는 접속단자(101)를 포함한다.
여기에서, 거치대(100)는 각각의 접속단자(101)를 통해, 상호 직렬방식으로 전기적 연결되는 구조로서, 내부회로(미도시)를 통해, 전기적 연결될 수 있으며, 상기 전기적 연결방식은 공지된 기술을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 고안에 따른 배터리 팩(10)은 각각의 배터리 셀(110)이 대응하는 거치대(100)에 삽입되어 고정되는 경우, 배터리 셀(110)의 전극단자(111) 와 거치대(100)의 접속단자(101)가 전기적으로 접속하게 된다. 여기에서, 접속단자(101)는 거치대(100)의 내부 일측에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 배터리 셀(110)의 전극단자(111)의 형성위치에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 각각의 접속단자(101)는 내부회로(미도시)를 통해, 상호 직렬방식으로 전기적 연결된 상태로서, 거치대(100)에 삽입고정된 각각의 배터리 셀(110)은 접속단자(101)를 통해, 상호 직렬연결된 상태가 되며, 이경우, 거치대(100)에 삽입된 배터리 셀(110)들의 갯수에 따라, 배터리 셀(110)의 전체 출력전압(Vo)(= 배터리 팩 전압(Vp))가 결정될 수 있다.
예를 들면, 전기자동차에 사용되는 전기모터의 전압이 370 [V]이며, 배터리 셀(110)의 출력전압이 3.7 [V]인 경우, 배터리 팩(10)은 100개의 거치대(100)를 포함할 수 있으며, 100개의 배터리 셀(110)이 각각의 거치대(100)에 삽입고정될 수 있다.
이 경우, 각각의 거치대(100)는 전기적으로 직렬연결된 상태로서, 배터리 팩(10)의 출력전압(Vp)(= 배터리 셀(110)의 전체 출력전압(Vo))은 3.7 * 100 = 370 [V]일 수 있다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본 고안에 따른 배터리 팩(10)은 전기자동차의 사용되는 전기모터의 정격전압에 따라, 내부에 수용되는 배터리 셀(110)의 갯수를 능동적으로 조절할 수 있으며, 이에 따라, 배터리 셀(110)에 대응되는 거치대(100)의 갯수도 결정될 수 있다.
그리고, 본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리(20)는 복수의 배터리 셀(110), 상기 각각의 배터리 셀(110)을 지지고정하는 복수의 거치대(100) 및 배터리 셀(110) 과 거치대(100)를 내부에 수용하는 제 1 하우징(120)을 포함하며, 상기 배터리 셀(110)들의 전체 출력전압이 기설정된 기준전압에 수렴하도록, 배터리 셀(110)들은 상호 직렬로 전기적 연결된 배터리 팩(10)을 적어도 하나 이상 포함하며, 복수의 배터리 팩(10)을 내부에 수용하는 제2하우징(220)을 포함한다.
나아가, 배터리 팩 어셈블리(20)에 포함된 배터리 팩(10)들은 전체 출력전력량이 기설정된 기준전력량에 수렴하도록, 배터리 팩(10)들은 상호 병렬방식으로 전기적 연결될 수 있다. 여기에서, 배터리 팩(10)들의 전체 출력전력량은 배터리 팩 어셈블리(20)의 출력전력량과 동일하며, 기설정된 기준전력량은 일정한 전기자동차의 소비전력량을 의미할 수 있다.
여기에서, 배터리 팩(10)은 출력전류량이 2000 [mAh] 내지 10,000 [mAh]이며, 출력전압이 3.5 ~ 3.7 [V]인 스마트 폰등에 사용되는 복수의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있으며, 배터리 셀(110)은 여러번 충전이 가능한 이차전지(Secondary cell)로서,납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-수소 축전지(NiMH), 리튬-이온 전지(Li-ion) 또는 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)일 수 있으나, 바람직하게는 리튬-이온 전지(Li-on)일 수 있다.
제2하우징(220)은 복수의 배터리 팩(10) 및 각각의 배터리 팩(10)에 대응되도록 형성된 거치대(미도시)를 내부에 수용하며, 외부 충격으로 부터 배터리 팩(10)을 보호할 수 있도록 금속재료 또는 플라스틱등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서, 제2하우징(220)의 일면에는 전기자동차에 전력을 공급할 수 있는 출력단자(240) 와 외부로부터 전력을 공급받을 수 있는 충전단자(230)가 형성될 수 있으며, 상기 출력단자(240) 와 상기 충전단자(230)는 내부회로(미도시)를 통해, 각각의 배터리 팩(10)과 전기적으로 연결된다.
본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 배터리 팩(10)이 적층되어 형성될 수 있으며, 기설정된 출력전력량에 수렴하도록 각각의 배터리 팩(10)은 상호 병렬방식으로 전기적 연결될 수 있다.
즉, 본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리(20)는 각각의 배터리 팩(10)이 내부회로(미도시)를 통해, 상호 병렬방식으로 전기적 연결된 상태로서, 이 경우, 내부에 수용된 배터리 팩(10)의 갯수에 따라, 배터리 팩(10)의 전체 출력전력량(Po)(=배터리 팩 어셈블리의 출력전력량(Pp))이 결정될 수 있다.
예를 들면, 전기자동차의 소비전력량이 9 [kwh] 인 경우, 배터리 팩(10)에 100개의 배터리 셀(110)을 포함하며, 상기 배터리 셀(110)의 출력전압 및 출력전류량이 3.7 [V] 과 5 [Ah]인 경우, 하나의 배터리 팩(10)의 출력전력량(P1)은 3.7 [V] * 5 [Ah] * 100 = 1.8 [kwh] 일 수 있다.
따라서, 소비전력량이 9 [kwh] 인 전기자동차를 충전하기 위해서는 1.8 [kwh]인 배터리 팩(10)을 5개 병렬방식으로 연결하면, 배터리 팩(10) 전체 출력전력량(Po)(=배터리 팩 어셈블리 출력전력량)은 9 [kwh]에 수렴할 수 있다.
즉, 본 고안에 따른 배터리 팩 어셈블리(20)는 전기자동차의 소비전력량에 따라, 내부에 수용되는 배터리 팩(10)의 갯수를 플렉서블하게 조절할 수 있으며, 전기자동차의 내부에 탈부착이 가능하도록 설치될 수 있으나, 설치형태는 다양하게 구현될 수 있으며, 특정형태에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본 고안은 현재 스마트폰에 사용되는 배터리 셀을 활용하여, 전기자동차에 필요한 전력을 공급함으로써, 전기자동차의 가격형성에 큰 비중을 차지하는 이차전지의 가격을 낮출수 있으며, 이를 통해, 전기자동차의 전체적인 가격경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 본 고안은 기존의 전기자동차에 사용되는 부피가 큰 이차전지에 비하여, 스마트폰에 사용되는 작은 크기의 배터리 셀의 고집적화 구조를 통해, 전기자동차에 필요한 전력을 공급함으로써, 전기자동차의 전체적인 차량무게를 줄일 수 있으며, 이를 통해, 전기자동차의 차량 주행거리등의 성능을 개선시킬 수 있다.
또한, 기존의 전기자동차에 사용되는 이차전지는 발열에 따른 별도의 냉각기가 필요한 반면, 본 고안은 소형의 배터리셀을 이용하는 구조를 통해, 공기에 의한 자연냉각만으로 상기 배터리셀의 발열문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 고안의 배터리 팩 및 배터리 팩 어셈블리는 소형 배터리 셀의 고집적화된 구조인바, 전기자동차의 한정된 구조내에서 설치공간을 확보할 수 있으며, 이동, 보관 및 교체가 용이하다.
이상 본 고안을 구제적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 고안을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 고안은 이에 한정되지 않으며, 본 고안이 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 즉, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 고안의 구체적인 보호 범위는 첨부된 실용신안등록 청구 범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 배터리 팩 100 : 거치대
101 : 접속단자 110 : 배터리 셀
111 : 전극단자
20 : 배터리 팩 어셈블리 220 : 제 2 하우징
230 : 충전단자 240 : 출력단자

Claims (8)

  1. 일정한 전압이 충전된 복수의 배터리 셀;및
    상기 각각의 배터리 셀에 대응하여, 상기 배터리 셀들을 지지하는 거치대를 포함하며,
    상기 배터리 셀들의 전체 출력전압이 기설정된 기준전압에 수렴하도록, 상기 배터리 셀들은 상호 직렬로 전기적 연결되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀은
    2000 [㎃] 내지 10,000 [㎃] 의 전류를 출력하며,
    3.5 [V] 내지 3.7 [V]의 전압을 유지하는 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀은
    이차전지로서, 리튬 이온 전지 또는 니켈 카드뮴 전지인 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 거치대는
    상기 배터리 셀이 내부에 삽입되어 고정될 수 있는 슬롯형태로서, 두께방향으로 연속적으로 배열되는 단위 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 거치대는
    상기 배터리 셀이 삽입되는 경우, 상기 배터리 셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 접속단자를 포함하는 배터리 팩.
  6. 청구항 1의 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하며,
    상기 단위 배터리 팩들의 전체 출력전력량이 기설정된 기준전력량에 수렴하도록, 상기 단위 배터리 팩들은 상호 병렬로 전기적 연결되는 배터리 팩 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배터리 팩은
    2000 [㎃] 내지 5000 [㎃]의 전류를 출력하며,
    3.5 [V] 내지 3.7 [V]의 전압을 유지하는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 어셈블리.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 셀은
    이차전지로서, 리튬 이온 전지 또는 니켈 카드뮴 전지를 포함하는 배터리 팩 어셈블리.

KR2020150001145U 2015-02-17 2015-02-17 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 어셈블리 KR20160002982U (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130066651A (ko) 2010-12-28 2013-06-20 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 수납장치, 배터리 모듈 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130066651A (ko) 2010-12-28 2013-06-20 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 수납장치, 배터리 모듈 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템

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