KR20160050492A - 전력 저장 장치의 단위 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 단위 전지 팩은, 순차적으로 적층되는 전지 카트리지들과 전지 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착되는 복수 개의 전지들, 포함하는 제 1 전지 모듈; 제 1 전지 모듈에 인접하고 제 1 전지 모듈과 동일한 구성 요소들을 가지는 제 2 전지 모듈; 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈을 감싸고 서로 마주하는 공기 유입창 커버들과 공기 유출창 커버들을 포함하는 전지 하우징; 및 전지 하우징의 공기 유출창 커버들 상에 배치되는 팬 덕트를 포함하되, 전지 카트리지들의 각각의 하면은 서로에 대해서 평행한 공기 안내 그루브들을 한정하고, 공기 안내 그루브들은 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈 중 하나에서 공기 유입창 커버 및 공기 유출창 커버와 정렬되어 공기 직선 유로들을 형성한다.

Description

전력 저장 장치의 단위 전지 팩{Unit Cell Pack Of Energy Storage System}
본 발명은 전력 저장 장치(Energy Storage System; ESS)에서 전지 카트리지로 한정되는 공기 유로의 공기 흐름에 전지 카트리지 상의 파우치형 이차 전지들의 충전 및/ 또는 방전 시 발생되는 열을 적절하게 편승시켜 이차 전지들을 빠른 시간 내에 신속하게 냉각시키는데 적합한 단위 전지 팩에 관한 것이다.
최근에, 전력 저장 장치(ESS)는 전력 사용자의 수요 패턴(사용 시간 및 사용 장소)을 고려하여 스마트 그리드를 구현하는 기기들 중 하나로서 큰 관심을 받고 있다. 이 경우에, 상기 전력 저장 장치는 발전, 송배전, 전력소비자 별로 유휴전력의 저장을 가능케 해서 양방향 전력공급 체계의 구축, 송배전 전력계통의 유연성 확보, 정전사태 방지 등 전력관리의 효율성 제고에 중요한 역할을 담당한다.
따라서, 상기 전력 사용자는 전력 저장 장치를 이용해서 야간에 유휴전력을 저장하였다가 주간에 저장전력을 사용할 수 있다. 이를 위해서, 상기 전력 저장 장치가 전지 팩 내에 파우치형 이차 전지들을 구비하기 때문에, 상기 이차 전지들은 전력 저장 장치에서 반복적인 충전들 및 방전들을 통하여 전력 사용자로부터 고출력 및 고용량을 요구 받는다.
그러나, 상기 고출력 및 고용량의 요구는 이차 전지들의 반복적인 충전들 및 방전들 동안에 이차 전지들 내 구성 요소들의 전기 화학적 반응에 기인해서 이차 전지들로부터 발열을 부수적으로 야기시킨다. 상기 이차 전지들의 발열은 이차 전지들에 열 축적을 일으켜서 이차 전지의 작동을 열화시킨다. 상기 이차 전지들의 작동 열화는 전력 저장 장치의 이용 수명을 단축시킨다.
상기 이차 전지들에 열 축적을 최소화시키기 위해서, 한국 공개특허 제 10-2009-0000302 호(공개일자; 2009년01월07일)는 '우수한 냉각 효율성의 중대형 전지팩'을 개시하였다. 상기 중대형 전지팩은 이차 전지들을 냉각시키기 위하여 냉매(공기)를 전면 일측 상단으로 유입시켜 전지 모듈(이차 전지들을 포함)들 사이에서 수직 하향으로 흐르게 하고 다시 냉매를 전면 일측 하단으로 유출시키도록 구성된다. 즉, 상기 중대형 전지팩 내에서 냉매 유로가 'Ｕ'자형으로 이루어지기 때문에, 상기 중대형 전지팩은 자체 길이보다 더 긴 냉매 유로에 기인해서 이차 전지들을 냉각시키는데 장 시간을 요구한다.
또한, 한국 공개특허 제 10-2009-0000313 호(공개일자; 2009년01월07일)는 '냉각 효율이 향상된 중대형 전지팩'을 개시하였다. 상기 냉각 효율이 향상된 중대형 전지팩은 이차 전지들을 냉각시키기 위하여 냉매(공기)를 후면 상단으로 유입시켜 냉매를 모듈 어셈블리(이차 전지들을 포함)들 사이에서 수직 하향으로 흐르게 하고 계속적으로 냉매를 전면 하단으로 유출시키도록 구성된다. 즉, 상기 중대형 전지팩 내에서 냉매 유로가 '만(卍)' 자형의 일부로 이루어지기 때문에, 상기 중대형 전지팩은 내부에 뜨거운 공기를 부분적으로 가두어서 이차 전지들을 냉각시키는데 장 시간을 요구한다.
위에서 언급된 종래 기술을 참고하면, 상기 전력 저장 장치는 전지 팩 내에서 이차 전지들(이하, '전지들'로 지칭함)을 빠른 시간 내에 신속하게 냉각시키는데 어려운 구조를 개시하고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 전지 카트리지들과 파우치형 전지들을 포함하는 적어도 하나의 전지 모듈 내에서 공기 흐름을 굴곡없이 일정하게 해서 공기 흐름을 전지들에 집속시키는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 적어도 하나의 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징의 내부에서 공기 흐름을 빠르게 하여 전지들의 충전 및/ 또는 방전 시 발생되는 열의 크기를 빠른 시간 내에 감소시키는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 적어도 하나의 전지 모듈 내에 전지 카트리지들을 적절하게 결합해서 적어도 하나의 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징 내에 전지 카트리지들과 전지들의 배열 자유도를 높이는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 적어도 하나의 전지 모듈 내에 전지 카트리지들과 파우치형 전지들의 전기적인 연결, 및 전지 카트리지들의 전기적인 연결을 단순화해서 전지 카트리지들과 전지들의 조립 공정을 용이하게 하는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 외부의 물리적인 영향을 적용받아서 적어도 하나의 전지 모듈과 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징의 접촉을 방지시키는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 적어도 하나의 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징의 조립 시에, 그리고 전지 하우징과 전지 하우징 주변에 위치되는 팬 덕트의 결합 시에 시일링(sealing)을 강화시켜서 전지 하우징으로부터 그리고/ 또는 전지 하우징과 팬 덕트 사이의 영역으로부터 공기의 누출을 방지하는데 적합한 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치의 단위 전지 팩은, 순차적으로 적층되는 전지 카트리지들, 상기 전지 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착되는 복수 개의 전지들, 상기 전지 카트리지들의 양 측부들에 각각 위치되는 전극 연결 부재들, 및 상기 전지 카트리지들, 상기 복수 개의 전지들과 상기 전극 연결 부재들을 덮는 전지 커버를 포함하는 제 1 전지 모듈; 상기 제 1 전지 모듈에 인접하고 상기 제 1 전지 모듈과 동일한 구성 요소들을 가지는 제 2 전지 모듈; 상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈을 감싸고 서로 마주하는 공기 유입창 커버들과 공기 유출창 커버들을 포함하는 전지 하우징; 및 상기 전지 하우징의 상기 공기 유출창 커버들 상에 배치되는 팬 덕트를 포함하되, 상기 전지 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개의 전지들은 전기적으로 병렬 연결되고, 상기 전지 카트리지들은 상기 전극 연결 부재들을 통하여 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 전지 카트리지들의 각각의 하면은 서로에 대해서 평행한 공기 안내 그루브들을 한정하고, 상기 공기 안내 그루브들은 상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈 중 하나에서 공기 유입창 커버 및 공기 유출창 커버와 정렬되어 공기 직선 유로들을 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 측면에 따르면, 상기 전지 카트리지들은, 인접하는 두 개의 전지 카트리지들 사이에, 중앙 영역에서 상기 공기 안내 그루브들을 통하여 중공을 가지고, 주변 영역에서 상기 공기 안내 그루브들과 평행하는 가장자리들을 통하여 서로 접촉된다.
다른 측면에 따르면, 상기 전지 카트리지들의 각각은, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들, 상기 전지 안착체들 사이에 위치되는 버스 바(bus bar)들과, 상기 버스 바들 사이에 위치해서 상기 전지 안착체들을 연결하는 카트리지 결합고리를 포함하고, 상기 전지 안착체와 상기 카트리지 결합고리는 절연 물질을 포함한다.
바람직하게는, 상기 전지 안착체들과 상기 버스 바들은 상기 전지 안착체들 사이에서 상기 카트리지 결합고리의 반대 편들에 삽입홈들을 각각 한정한다.
바람직하게는, 상기 버스 바들은, 상기 삽입홈들 주변에서, 일면에 결합홈들 및 상기 일면과 수직하는 측면에 체결부재들을 포함하고, 상기 버스 바들 및 상기 체결부재들은 도전 물질을 포함한다.
바람직하게는, 상기 카트리지 결합고리는 중앙 영역을 지나는 관통홀과 상기 관통홀의 일 측부의 입구로부터 돌출하는 끼움부재를 포함하고, 상기 관통홀의 상기 일측부는 상기 관통홀의 타측부보다 더 작은 직경을 가지고, 상기 끼움부재의 외경은 상기 관통홀의 상기 타측부의 직경보다 더 작고, 상기 끼움부재와 상기 관통홀은 인접하는 두 개의 전지 카트리지들을 연결한다.
본 발명에 있어서, 상기 전지 카트리지들의 각각은, 상기 하면과 상기 상면에 걸쳐서 형성되어 상기 두 개의 전지들 중 하나 바로 아래에서 노출되며 상기 공기 안내 그루브들에 평행한 상기 가장자리들로부터 상기 공기 안내 그루브들을 향해서 각각 돌출하는 온도 센서 안착체들; 및 상기 하면과 상기 상면 사이의 측면들을 통하여 상기 온도 센서 안착체들의 내부 공간들을 각각 노출시키는 온도 센서 출입구들; 을 포함한다.
바람직하게는, 상기 온도 센서 안착체들은 상기 전지 카트리지들 중 가운데에 위치되는 전지 카트리지에서 적어도 하나의 온도 센서를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 전지들은 파우치 형으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 두 개의 전지들은 상기 전지 안착체들에 각각 안착된다.
또한, 상기 두 개의 전지들은, 상기 전지 카트리지들의 각각의 상기 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 상기 동일 극성의 전극들로 상기 버스 바들에 접촉된다.
바람직하게는, 상기 전극 연결 부재들은 상기 전지 카트리지들의 삽입홈들에 삽입되며 상기 전지 카트리지들 중 최상위 전지 카트리지의 버스 바들의 결합홈들에 고리체결됨과 함께 상기 전지 카트리지들의 체결부재들에 나사 체결되어서 상기 복수 개의 전지들의 전극들에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 전지 모듈에서, 상기 전지 카트리지들 아래에 위치되는 카트리지 고정 플레이트; 및 상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들, 상기 복수 개의 전지들 및 상기 전지 커버와 함께 상기 전극 연결 부재들을 각각 감싸는 부품 커버들; 을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들과 상기 전지 커버는 제 1 롱 볼트들을 통하여 나사 체결된다.
바람직하게는, 상기 전지 하우징은, 하부 플레이트; 상부 플레이트; 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 서로 마주보면서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트를 이어주며 상기 공기 유입창 커버들 사이에 위치되는 제 1 측면 플레이트와 상기 공기 유출창 커버들 사이에 위치되는 제 2 측면 플레이트; 및 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에서 상기 제 1 측면 플레이트와 상기 제 2 측면 플레이트에 직각되게 위치하여 서로 마주보는 제 3 측면 플레이트와 제 4 플레이트; 를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 공기 유입창 커버들과 상기 공기 유출창 커버들은 상기 전지 커버에 밀착되면서 상기 하부 플레이트, 상기 전지 커버, 상기 상부 플레이트, 상기 제 3 측면 플레이트와 상기 제 4 측면 플레이트에 나사 체결되며, 상기 공기 유출창 커버들은 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene diene monomer; EPDM)들을 포함하고, 상기 제 1 측면 플레이트와 상기 제 2 측면 플레이트는 상기 공기 유입창 커버들과 상기 공기 유출창 커버들에 끼움 결합되고, 상기 제 1 측면 플레이트, 상기 제 2 측면 플레이트, 상기 제 3 측면 플레이트와 상기 제 4 측면 플레이트는 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트에 나사 체결된다.
선택적으로, 상기 상부 플레이트는 상기 제 1 롱 볼트들 사이에 위치되는 제 2 롱 볼트들을 통하여 상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들 및 상기 전지 커버에 나사 체결된다.
본 발명에 있어서, 상기 팬 덕트는 상기 공기 유출창 커버들을 각각 둘러싸면서 공기 흡입구들을 각각 한정하는 공기 흡입대들, 상기 공기 흡입대들 사이에 위치하면서 공기 집속구를 한정하는 공기 송풍대, 및 상기 공기 송풍대에 삽입되는 송풍 팬 구조체를 포함하되, 상기 공기 흡입대들과 상기 공기 송풍대의 각각은 상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈의 배열 방향에 직각되는 방향으로 중앙 영역을 통해서 분리 가능하다.
바람직하게는, 상기 공기 흡입대들과 상기 공기 송풍대는 상기 공기 흡입구들과 상기 공기 집속구를 통해서 서로 연통하고, 상기 송풍 팬 구조체는 상기 공기 유입창 커버들, 상기 공기 유출창 커버들, 상기 공기 흡입구들과 상기 공기 집속구를 통해서 공기를 흡입해서 상기 전지 하우징으로부터 상기 공기를 상기 팬 덕트의 외부로 보낸다.
또한, 상기 팬 덕트는 상기 공기 흡입대들, 상기 공기 송풍대에 에틸렌 프로필렌 고무들을 더 포함하고, 상기 공기 흡입대들은 상기 팬 덕트와 상기 공기 유출창 커버들의 나사 체결을 통하여 에틸렌 프로필렌 고무들을 매개로 해서 상기 공기 유출창 커버들에 밀착되고, 상기 송풍 팬 구조체는 상기 공기 집속구를 통하여 에틸렌 프로필렌 고무를 매개로 해서 상기 공기 송풍대에 밀착된다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지들과 파우치형 전지들을 교대로 적층하고 전지 카트리지들의 각각의 하면에 적어도 하나의 공기 직선 유로를 구비해서 공기 직선 유로의 공기 흐름을 전지들의 각각에 종래 기술보다 더 집속시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징 주변에 팬 덕트를 구비해서 전지 하우징의 내부에서 공기 흐름을 빠르게 하여 전지들의 충전 및/ 또는 방전 시 발생되는 열의 크기를 종래 기술보다 더 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈에서 전지 카트리지들의 가장 자리들을 이용하여 전지 카트리지들을 서로 접촉시켜 전지 모듈의 체적을 줄이고 적어도 하나의 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징에서 전지 모듈의 점유 영역을 늘려서 전지 카트리지들과 전지들의 수직 및 수평 배열 자유도들을 종래 기술보다 더 높일 수 있다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈에서 사출형 전지 카트리지들의 버스 바들에 전지들을 열 융착시키고 전지 카트리지들에 전극 연결 부재를 삽입하여 전지 카트리지들을 버스 바들에 전기적으로 연결시켜서 전지 카트리지들과 전지들의 조립 공정을 종래 기술보다 더 용이하게 해줄 수 있다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈과 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징을 나사 결합시켜서 외부의 물리적인 영향을 적용받는 동안에 전지 하우징 내 전지 모듈의 이동을 종래 기술보다 더 방지시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 단위 전지 팩은 적어도 하나의 전지 모듈과 전지 모듈을 감싸는 전지 하우징의 결합, 전지 하우징의 조립, 및 전지 하우징과 팬 덕트의 결합 시에 적어도 하나의 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Diene Monomer; EPDM)를 이용하여 시일링(sealing)을 강화시켜서 전지 하우징으로부터 그리고/ 또는 전지 하우징과 팬 덕트 사이의 영역으로부터 공기의 누출을 종래 기술보다 더 방지시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 보여주는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 단위 전지 팩의 팬 덕트를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는, 도 2의 단위 전지 팩 내에서 팬 덕트의 후면부를 보여주는 사시도이다.
도 5는, 도 2의 단위 전지 팩 내에서 팬 덕트의 전면부를 보여주는 사시도이다.
도 6은, 도 2의 단위 전지 팩의 전지 하우징을 부분적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 7은, 도 2의 단위 전지 팩의 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은, 도 7의 전지 모듈의 전지 카트리지의 상면을 보여주는 사시도이다.
도 9는, 도 8의 전지 모듈의 전지 카트리지의 하면을 보여주는 사시도이다.
도 10은, 도 7의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 분해 사시도이다.
도 11은, 도 10의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 사시도이다.
도 12는, 도 7의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 내부를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 13은, 도 7의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 외부를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 14는, 도 7 의 전지 모듈의 커버 부재를 보여주는 사시도이다.
도 15 내지 도 17은, 도 1의 단위 전지 팩의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.
도 18 내지 도 20은, 도 1의 단위 전지 팩 내에서 공기 흐름을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지는 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다.
한편, 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 리튬 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 전지는 그것을 구성하는 요소의 수에 의해 한정되지 않는다. 따라서 전지는 하나의 포장재 내에 양극/분리막/음극의 조립체 및 전해질을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 장치의 단위 전지 팩을 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 단위 전지 팩(260)은 팬 덕트(30), 전지 하우징(110), 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)을 포함한다. 상기 팬 덕트(30)는 전지 하우징(110) 상에 위치해서 전지 하우징(110)에 나사 체결된다. 상기 팬 덕트(30)는 전지 하우징(110)으로부터 공기를 흡입해서 공기를 전지 하우징(110)의 외부로 보내도록 구성된다.
상기 전지 하우징(110)은 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)을 감싼다. 상기 전지 하우징(110)은 공기 유입창 커버(60)들, 공기 유출창 커버(80)들, 하부 플레이트(90), 상부 플레이트(101), 제 1 측면 플레이트(103), 제 2 측면 플레이트(105), 제 3 측면 플레이트(107)와 제 4 측면 플레이트(109)를 포함한다. 상기 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들은 전지 하우징(110)의 일 방향을 따라서 팬 덕트(30)를 향하여 순차적으로 위치된다.
상기 하부 플레이트(90)와 상부 플레이트(101)는 전지 하우징(110)의 하부측 및 상부측에 각각 위치된다. 상기 제 1 측면 플레이트(103)는 공기 유입창 커버(60)들 사이에 위치된다. 상기 제 2 측면 플레이트(105)는 공기 유출창 커버(80)들 사이에 위치된다. 상기 제 3 측면 플레이트(107)와 제 4 측면 플레이트(109)는 전지 하우징(110)의 일 방향에 직각되는 방향을 따라서 순차적으로 위치된다.
상기 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)은 전지 하우징(110) 내에 서로에 대해서 평행하게 배치된다. 상기 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)은 서로 동일한 구성 요소들을 포함한다. 이후로, 상기 제 2 전지 모듈(240)의 구성 요소들은 제 1 전지 모듈(230)의 구성 요소들의 설명으로 대체하기로 한다. 또한, 상기 팬 덕트(30), 전지 하우징(110), 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)은 도 2 내지 도 20을 참조해서 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은, 도 2의 단위 전지 팩의 팬 덕트를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 팬 덕트(30)는 하부 팬 덕트 커버(10a), 상부 팬 덕트 커버(10b), 3 개의 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 16, 19, Ethylene Propylene Diene Monomer; EPDM)과 송풍 팬 구조체(20)를 포함한다. 상기 하부 팬 덕트 커버(10a)와 상부 팬 덕트 커버(10b)는 도 1의 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)의 배열 방향에 직각되는 방향으로 서로로부터 분리된다.
상기 하부 팬 덕트 커버(10a)는 일 측부와 타 측부에 각각 위치되는 하부 공기 흡입대들(3a, 9a), 및 하부 공기 흡입대들(3a, 9a) 사이에 위치해서 하부 공기 흡입대들(3a, 9a)과 일체로 형성되는 하부 공기 송풍대(6a)를 포함한다. 상기 하부 공기 흡입대들(3a, 9a)은 일 방향으로 개구되는 요부들을 각각 가지고, 상기 하부 공기 송풍대(6a)는 타 방향으로 개구되는 요부(도면에 미도시)를 갖는다. 상기 하부 공기 흡입대들(3a, 9a)의 요부들은 하부 공기 송풍대(6a)의 요부와 연통한다.
상기 상부 팬 덕트 커버(10b)는 일 측부와 타 측부에 각각 위치되는 상부 공기 흡입대들(3b, 9b), 및 상부 공기 흡입대들(3b, 9b) 사이에 위치해서 상부 공기 흡입대들(3b, 9b)과 일체로 형성되는 상부 공기 송풍대(6b)를 포함한다. 상기 상부 공기 흡입대들(3b, 9b)은 일 방향으로 개구되는 요부들을 각각 가지고, 상기 상부 공기 송풍대(6b)는 타 방향으로 개구되는 요부(도면에 미도시)를 갖는다. 상기 상부 공기 흡입대들(3b, 9b)의 요부들은 상부 공기 송풍대(6b)의 요부와 연통한다.
상기 하부 팬 덕트 커버(10a)와 상부 팬 덕트 커버(10b)는 중앙 영역에서 서로 마주보는 단부들을 통하여 나사 체결될 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 16, 19) 중 두 개(13, 19)는 하부 공기 흡입대들(3a, 9a)과 상부 공기 흡입대들(3b, 9b)의 요부들에 정렬된다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 16, 19) 중 나머지(16)는 하부 공기 송풍대(6a)와 상부 공기 송풍대(6b)의 요부들에 정렬된다. 상기 송풍 팬 구조체(20)는 하부 공기 송풍대(6a)와 상부 공기 송풍대(6b)의 요부들에 정렬된다. 상기 송풍 팬 구조체(20)는 흡입 팬을 포함한다.
도 4는, 도 2의 단위 전지 팩 내에서 팬 덕트의 후면부를 보여주는 사시도이고, 도 5는, 도 2의 단위 전지 팩 내에서 팬 덕트의 전면부를 보여주는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 3의 하부 팬 덕트 커버(10a)와 상부 팬 덕트 커버(10b)는 나사 체결을 통해서 팬 덕트 커버(10)를 구성한다. 상기 팬 덕트 커버(10), 도 3 의 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 16, 19), 및 송풍 팬 구조체(20)는 팬 덕트(30)를 구성한다. 상기 팬 덕트(10)는 일 측부 및 타 측부에 위치되는 공기 흡입대들(3, 9)과, 공기 흡입대들(3, 9) 사이에 위치되는 공기 송풍대(6)를 포함한다. 상기 공기 흡입대들(3, 9)은 도 1 의 공기 유출창 커버(60)들을 각각 둘러싸면서 공기 흡입구들(2, 8)을 각각 한정한다.
상기 공기 송풍대(6)는 공기 집속구(5)를 한정한다. 상기 공기 흡입대들(3, 9)과 공기 송풍대(6)는 공기 흡입구들(2, 8)과 공기 집속구(5)를 통하여 서로 연통한다. 상기 송풍 팬 구조체(20)는 공기 송풍대(6)의 공기 집속구(5)에 삽입된다. 한편, 상기 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 19)은 공기 흡입대들(3, 9) 상에 각각 부착된다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 19)은 도 2의 전지 하우징(110)의 공기 유출구 커버(80)들에 팬 덕트(30)의 나사 체결 시에 공기 유출창 커버(80)들에 밀착된다.
상기 에틸렌 프로필렌 고무들(13, 19)은 팬 덕트(30)와 공기 유출구 커버(80)들 사이의 영역들을 양호하게 시일링(sealing)시켜 줄 수 있다. 또한, 상기 에틸렌 프로필렌 고무(16)는 송풍 팬 구조체(20)와 함께 공기 송풍대(6)의 공기 집속구(5)에 삽입된다. 상기 송풍 팬 구조체(20)는 공기 집속구(5)를 통하여 에틸렌 프로필렌 고무(16)를 매개로 해서 공기 송풍대(6)에 밀착된다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무(16)는 공기 송풍대(6)와 송풍 팬 구조체(20) 사이를 양호하게 시일링시켜 줄 수 있다.
상기 송풍 팬 구조체(20)는 도 1 의 공기 유입창 커버(60)들, 공기 유출창 커버(80)들, 공기 흡입구들(2, 8)과 공기 집속구(5)를 통해서 전지 하우징(110) 으로부터 공기를 흡입해서 공기를 팬 덕트(30)의 외부로 보내도록 구성된다.
도 6은, 도 2의 단위 전지 팩의 전지 하우징을 부분적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 전지 하우징(110)은 서로로부터 분리되는 공기 유입창 커버(60), 공기 유출창 커버(80)와 제 3 측면 플레이트(107)를 포함한다. 이 경우에, 도 1 및 도 2를 고려해 볼 때에, 상기 공기 유입창 커버(60)와 공기 유출창 커버(80)의 각각은 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)에 대응해서 전지 하우징(110)에 두 개씩 존재한다.
또한, 도 1 및 도 2를 다시 고려해 볼 때에, 상기 전지 하우징(110)은 공기 유입창 커버(60)들, 공기 유출창 커버(80)들과 제 3 측면 플레이트(107)로부터 분리되는 하부 플레이트(90), 상부 플레이트(101), 제 1 측면 플레이트(103), 제 2 측면 플레이트(105)와 제 4 측면 플레이트(109)를 더 포함한다.
따라서, 상기 전지 하우징(110)은 공기 유입창 커버(60)들, 공기 유출창 커버(80)들, 하부 플레이트(90), 상부 플레이트(101), 제 1 측면 플레이트(103), 제 2 측면 플레이트(105), 제 3 측면 플레이트(107)와 제 4 측면 플레이트(109)를 서로 나사 체결해서 구현될 수 있다.
상기 공기 유출창 커버(80)들의 각각은 공기 유출창(74)들과 에틸렌 프로필렌 고무(78)를 갖는다. 한편, 상기 제 1 전지 모듈(230) 또는 제 2 전지 모듈(240)은 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들 사이에 위치된다.
도 7은, 도 2의 단위 전지 팩의 전지 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제 1 전지 모듈(230)은 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 카트리지(150)들, 복수 개의 전지들(170), 전극 연결 부재(184)들, 커버 부재(184)들과 전지 커버(210)를 포함한다. 상기 카트리지 고정 플레이트(120)는 전지 카트리지(150)들과 복수 개의 전지들(170) 아래에 위치된다. 상기 전지 카트리지(150)들과 복수 개의 전지들(170)은 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 위치해서 교대로 적층된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전지 카트리지(150)들은 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 순차적으로 적층된다. 상기 전지 카트리지(150)들은, 인접하는 두 개의 전지 카트리지(150)들 사이에, 중앙 영역에서 도 9의 공기 안내 그루브들(142, 144)을 통하여 중공을 가지고, 주변 영역에서 공기 안내 그루브들(142, 144)과 평행하는 가장자리들을 통하여 서로 접촉된다.
상기 복수 개의 전지들(170)은 파우치형으로 이루어진다. 상기 복수 개의 전지들(170)은 전지 카트리지(150)들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착된다. 상기 전지 카트리지(150)들의 각각의 상면 상에 두 개의 전지들(170)은 전기적으로 병렬 연결된다. 상기 전지 카트리지(150)들과 복수 개의 전지들(170)은 전지 적층체(190)를 구성한다.
한편, 상기 전극 연결 부재(184)들은 전지 카트리지(150)들의 양 측부들에 각각 위치된다. 상기 전극 연결 부재(184)들은 전지 카트리지(150)들을 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된다. 상기 전지 커버(210)는 전지 카트리지(150)들, 복수 개의 전지들(170)과 전극 연결 부재(184)들을 덮는다. 이 경우에, 상기 전지 커버(210)는 양 측부들에 수용부(205)들을 각각 갖는다. 상기 커버 부재(184)들은 전지 커버(210)의 수용부(205)들에 각각 삽입되어서 전극 연결 부재(184)들을 각각 덮는다.
도 8은, 도 7의 전지 모듈의 전지 카트리지의 상면을 보여주는 사시도이고, 도 9는, 도 8의 전지 모듈의 전지 카트리지의 하면을 보여주는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 상기 전지 카트리지(150)는, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들(130, 131), 카트리지 결합고리(134)와 버스 바(bus bar, 137)들을 포함한다. 상기 전지 안착체들(130, 131)은 도 6의 공기 유입창 커버(60)로부터 공기 유출창 커버(80)를 향하여 순차적으로 위치된다. 상기 전지 안착체들(130, 131)은 전지 카트리지(150)의 상면에 전지 안착 그루브(132)들을 각각 한정한다.
상기 전지 안착체들(130, 131)은 전지 안착 그루브(132)들 주변에 안내홀(133)들을 포함한다. 상기 카트리지 결합고리(134)는 전지 안착체들(130, 131) 사이에 위치해서 전지 안착체들(130, 131)을 연결하도록 구성된다. 상기 카트리지 결합고리(134)는 중앙 영역을 지나는 관통홀(135)과 관통홀(135)의 일 측부의 입구로부터 돌출하는 끼움부재(136)를 포함한다. 상기 관통홀(135)의 일측부는 도 9에 도시된 관통홀(135)의 타측부보다 더 작은 직경을 갖는다.
상기 끼움부재(136)의 외경은 관통홀(135)의 타측부의 직경보다 더 작다. 상기 관통홀(135)와 끼움부재(136)는 도 7에서 인접하는 두 개의 전지 카트리지(150)들을 서로에 대해서 끼움 결합시킨다. 상기 전지 안착체들(130, 131)과 카트리지 결합고리(134)는 절연 물질을 포함한다. 한편, 상기 버스 바(137)들은 전지 안착체들(130, 131) 사이에 위치된다. 이 경우에, 상기 카트리지 결합고리(134)는 버스 바(137)들 사이에 위치된다.
상기 전지 안착체들(130, 131)과 버스 바(137)들은 전지 안착체들(130, 131) 사이에서 카트리지 결합고리(134)의 반대 편들에 삽입홈(138)들을 각각 한정한다. 상기 버스 바(137)들은, 삽입홈(138)들 주변에서, 일면에 결합홈(139a)들 및 일면과 수직하는 측면에 체결부재(139b)들을 포함한다. 상기 버스 바(137)들 및 체결부재(139b)들은 도전 물질을 포함한다.
도 9를 참조하면, 상기 전지 카트리지(150)는 하면에서 서로에 대하여 평행한 공기 안내 그루브들(142, 144)을 한정한다. 상기 공기 안내 그루브들(142, 144)은 도 6의 공기 유입창 커버(60)로부터 공기 유출창 커버(80)를 향해서 연장된다. 상기 공기 안내 그루브들(142, 144)은 공기 유입창 커버(60) 및 공기 유출창 커버(80)와 정렬되어 공기 직선 유로들을 형성한다.
또한, 상기 전지 카트리지(150)는, 도 8을 고려해 볼 때에, 하면과 상면 사이의 측면들에 각각 위치되는 온도 센서 출입구(146)들, 및 하면과 상면에 걸쳐서 형성된 온도 센서 안착체(148)들을 갖는다. 상기 온도 센서 출입구(146)들과 온도 센서 안착체(148)들은 서로 연통한다. 상기 온도 센서 출입구(146)들은 온도 센서 안착체(148)들의 내부 공간들을 각각 노출시킨다.
상기 온도 센서 안착체(148)들은 도 10 의 두 개의 전지들(170) 중 하나 바로 아래에서, 예를 들면, 상면에서 노출되며 공기 안내 그루브들(142, 144)에 평행한 가장자리들로부터 공기 안내 그루브들(142, 144)을 향해서 각각 돌출한다.
도 10은, 도 7의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 분해 사시도이고, 도 11은, 도 10의 전지 모듈 내에서 전지 카트리지와 전지들의 결합 관계를 보여주는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 전지 카트리지(150)는 도 8과 도 9에서 상세히 설명된다. 상기 전지들(170)은 두 개의 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)로 구분된다. 상기 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는 전지 카트리지(150)의 전지 안착체들(130, 131)에 각각 대응된다. 좀 더 상세하게는, 상기 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는 전지 안착체들(130, 131)의 전지 안착 그루브(132)들에서 점유 영역들을 각각 갖는다.
상기 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)의 전극들(160c, 160d, 160e, 160f)은 전지 카트리지(150)의 버스 바(137)들에 각각 대응된다. 이 경우에, 상기 제 1 전지(160a)의 전극(160c)은 제 2 전지(160b)의 전극(160e)과 동일 극성으로 마주하도록 배열된다. 또한, 상기 제 1 전지(160a)의 전극(160d)은 제 2 전지(160b)의 전극(160f)과 동일 극성으로 마주하도록 배열된다.
도 11을 참조하면, 상기 제 1 전지(160a)와 제 2 전지(160b)는, 전지 카트리지(150)의 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 동일 극성의 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)로 버스 바(137)들의 체크 영역들(P1, P2)에 접촉된다. 상기 전극들(160c, 160e; 160d, 160f)과 버스 바(137)들은 카트리지 결합고리(137)로 절연되면서 전기 회로 선들을 구성한다.
도 12는, 도 7의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 내부를 확대해서 보여주는 사시도이고, 도 13은, 도 7의 전지 모듈의 전극 연결 부재의 외부를 확대해서 보여주는 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 전극 연결 부재(184)는 연결 바디(184a)를 포함한다. 상기 연결 바디(184a)는 상자(box) 형상으로 이루어진다. 상기 연결 바디(184a)는 일 측벽을 관통하는 접속홀(184b)들을 갖는다. 상기 접속홀(184b)들은 연결 바디(184a)에 지그재그 형으로 배치된다. 상기 연결 바디(184b)는 내부에서 접속홀(184b)들을 덮는 연결 전극(184c)들을 갖는다.
좀 더 상세하게는, 상기 연결 전극(184c)들은 '만(卍)' 자의 일부 형상으로 이루어져서 연결 바디(184a)에 순차적으로 적층된다. 상기 연결 전극(184c)들은 접속홀(184b)들을 통해서 연결 바디(184a)의 외부에 노출된다. 한편, 상기 연결 바디(184a)는 외부에서 걸림돌기(184e)와 걸림홈(184f)을 갖는다.
여기서, 도 8의 전지 카트리지(150)를 도 7의 전지 카트리지(150)들로 확장시키고 전극 연결 부재(184)를 전지 카트리지(150)들의 삽입홀(138)들에 삽입시키는 경우에, 상기 연결 전극(184c)들은 연결 바디(184a)의 접속홀(184b)들을 통해서 전지 카트리지(150)들의 체결부재(139b)들에 접촉된다. 또한, 상기 걸림돌기(184e)는 전지 카트리지(150)들 중 최상위 전지 카트리지(150)의 결합홈(139a)에 고리체결된다. 상기 걸림홈(184f)은 도 14의 커버 부재(188)의 일부를 안착시킨다.
도 14는, 도 7 의 전지 모듈의 커버 부재를 보여주는 사시도이다.
도 14를 참조하면, 상기 커버 부재(188)는 일 측부로부터 타 측부를 향해서 순차적으로 위치되는 제 1 커버 바디(188a), 제 2 커버 바디(188b)와 제 3 커버 바디(188c)를 포함한다. 상기 제 1 커버 바디(188a), 제 2 커버 바디(188b)와 제 3 커버 바디(188c)는 일체로 형성된다. 상기 제 1 커버 바디(188a)와 제 3 커버 바디(188c)는 하부 측들에 누름 부재들(A, B)을 각각 갖는다.
상기 누름 부재들(A, B)은 도 17에 도시된 바와 같이 전지 커버(210)의 수용부(205)들에 체결된다. 상기 제 2 커버 바디(188b)는 상부 측에 연결 링(C)을 갖는다. 상기 연결 링(C)은 도 13의 걸림홈(184f)에 끼워진다.
도 15 내지 도 17은, 도 1의 단위 전지 팩의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.
도 15를 참조하면, 도 1의 전지 하우징(110), 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 카트리지(150)들, 복수 개의 전지들(170), 전극 연결 부재(184)들, 커버 부재(188)들, 전지 커버(210), 제 1 부싱(224)과 제 1 롱 볼트(228)가 준비될 수 있다. 상기 전지 하우징(110)은 도면에서 공기 유입창 커버(60), 공기 유출창 커버(80)와 제 3 측면 플레이트(107)를 이용하여 부분적으로 도시된다.
상기 공기 유입창 커버(60), 공기 유출창 커버(80), 제 3 측면 플레이트(107), 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 카트리지(150)들, 복수 개의 전지들(170), 전극 연결 부재(184)들, 커버 부재(188)들과 전지 커버(210)는 도 1 내지 도 14에서 상세히 설명된다.
도 16을 참조하면, 상기 카트리지 고정 플레이트(120) 상에 전지 카트리지(150)들과 복수 개의 전지들(170)을 교대로 적층시킬 수 있다. 좀 더 상세하게는, 상기 전지 카트리지(150)들의 각각 상에 두 개의 전지들(170)이 적층된다. 이 경우에, 상기 전지 카트리지(150)들은 카트리지 결합 고리(134)들의 관통홀(135)들과 끼움부재(136)들을 이용하여 서로에 대해서 정렬된다.
상기 전지 카트리지(150)들의 안내홀(133)들은 카트리지 고정 플레이트(120)의 수용홀(120a)들 상에 위치된다. 상기 복수 개의 전지들(170)이 전지 카트리지(150)들 상에 교대로 적층되는 동안에, 상기 복수 개의 전지들(170)의 전극들은 전지 카트리지(150)들의 버스 바(137)들 상에 레이저로 서로 연결되고, 상기 복수 개의 전지들(170)의 전극들은 전지 카트리지(150)들의 버스 바(137)들 상에 열 융착된다.
상기 전지 카트리지(150)들의 각각 상에 두 개의 전지들(170)은 전기적으로 병렬로 연결된다. 상기 전지 카트리지(150)들과 복수 개의 전지들(170)은 전지 적층체(190)를 형성한다. 계속해서, 상기 전지 카트리지(150)들의 삽입홀(138)들에 전극 연결 부재(184)들이 삽입될 수 있다. 상기 전극 연결 부재(184)들은 전지 카트리지(150)들 중 최상위 전지 카트리지(150)의 버스 바(137)들의 결합홈(139b)들에 고리 체결됨과 함께, 전지 카트리지(150)들의 체결부재(139a)들에 나사 체결되어서 복수 개의 전지들(170)의 전극들에 전기적으로 연결될 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전극 연결 부재(184)들의 각각은 도 13의 연결 바디(184a)의 걸림돌기(184e)를 이용해서 버스 바(137)의 결합홈(139b)에 고리 체결된다. 상기 전극 연결 부재(184)들의 각각은 도 13의 연결 바디(184a)의 연결 전극(184c)들을 전지 카트리지(150)들의 체결부재(139a)들에 접촉시켜서 연결 전극(184c)들을 이용하여 체결부재(139a)들에 나사 체결된다. 이를 통해서, 상기 전극 연결 부재(184)들은 전지 카트리지(150)들과 전기적으로 직렬 연결된다.
도 17을 참조하면, 상기 전지 구조체(190)와 도 16의 전극 연결 부재(184)들 상에 전지 커버(210)가 덮일 수 있다. 상기 전지 커버(210)는 가장 자리에 안내홀(208)들을 갖는다.
상기 전지 커버(210)의 안내홀(208)들은 도 16 에 도시된 바와 같이 전지 카트리지(150)들의 안내홀(133)들 상에 위치된다. 계속해서, 상기 카트리지 고정 플레이트(120)의 수용홀(120a; 도 16을 참조)들, 전지 카트리지(150)들의 안내홀(133)들과 전지 커버(210)의 안내홀(208)들에 제 1 부싱(224)들과 제 1 롱 볼트들(228)이 체결될 수 있다. 상기 제 1 롱 볼트들(228)은 제 1 부싱(224)들에 각각 삽입될 수 있다. 상기 전극 연결 부재(184)들과 전지 커버(210) 상에 부품 커버(188)들이 덮일 수 있다.
상기 부품 커버(188)들은 도 15에 도시된 바와 같이 전지 커버(210)의 수용부(205)들에 안착된다. 상기 부품 커버(188)들은 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 적층체(190) 및 전지 커버(210)와 함께 전극 연결 부재(184)들을 감싼다. 상기 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 적층체(190), 전지 커버(210), 전극 연결 부재(184)들과 부품 커버(188)들은 제 1 전지 모듈(230)을 형성한다. 상기 제 1 전지 모듈(230)이 형성된 후에, 도 1 또는 도 2의 제 2 전지 모듈(240)이 제 1 전지 모듈(230)에 인접하게 준비될 수 있다.
상기 제 2 전지 모듈(240)은 제 1 전지 모듈(230)과 동일한 구성 요소들을 갖는다. 상기 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240) 상에 도 1 또는 도 2의 전지 하우징(110)이 감싸질 수 있다. 좀 더 상세하게는, 상기 전지 하우징(110)의 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들은 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)의 측면들에 나사 체결된다.
상기 공기 유출창 커버(80)들은 도 6에서 개시된 바와 같이 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene diene monomer; EPDM)들을 포함한다. 상기 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들은 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)의 전지 커버(210)들에 밀착되면서 전지 하우징(110)의 하부 플레이트(90), 상부 플레이트(101), 제 3 측면 플레이트(103)와 제 4 측면 플레이트(105), 그리고 전지 커버(210)들에 나사 체결된다.
또한, 상기 전지 하우징(110)의 제 1 측면 플레이트(103)와 제 2 측면 플레이트(105)는 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240) 사이에서 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들에 끼움 결합된다. 상기 전지 하우징(110)의 제 1 측면 플레이트(103), 제 2 측면 플레이트(105), 제 3 측면 플레이트(107)와 제 4 측면 플레이트(109)는 하부 플레이트(90)와 상부 플레이트(101)에 나사 체결된다.
상기 전지 하우징(110)이 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240)을 감싼 후에, 제 2 부싱들(도면에 미 도시)과 도 2 의 제 2 롱 볼트(250)들이 준비될 수 있다. 상기 상부 플레이트(101), 카트리지 고정 플레이트(120), 전지 카트리지(150)들과 전지 커버(210)에 제 2 부싱들과 제 2 롱 볼트(250)들이 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 상기 제 2 부싱들과 제 2 롱 볼트(250)들은 상부 플레이트(101)를 관통하고 전지 커버(210)의 안내홀(208)들, 전지 카트리지(150)들의 안내홀(133)들, 카트리지 고정 플레이트(120)의 수용홈(120a)들에 나사 체결될 수 있다.
상기 제 2 롱 볼트(250)들은 제 2 부싱들에 각각 삽입될 수 있다. 상기 제 2 롱 볼트(250)들은 제 1 롱 볼트(228)들 사이에 위치된다. 이후로, 상기 전지 하우징(110) 상에 도 2 또는 도 5의 팬 덕트(30)가 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 팬 덕트(30)는 전지 하우징(110)의 공기 유출창 커버(80)들 상에 위치된다. 상기 팬 덕트(30)의 송풍 팬 구조체(20)는 공기 유출창 커버(80)들 사이에 위치된다. 즉, 상기 송풍 팬 구조체(20)는 전지 하우징(110) 상에서 제 1 전지 모듈(230)과 제 2 전지 모듈(240) 사이에 위치된다.
이를 통해서, 상기 팬 덕트(30), 제 1 전지 모듈(230), 제 2 전지 모듈(240)과 전지 하우징(110)은 도 1 또는 도 2의 단위 전지 팩(260)을 형성한다.
도 18 내지 도 20은, 도 1의 단위 전지 팩 내에서 공기 흐름을 설명하는 개략도이다.
도 18을 참조하면, 상기 단위 전지 팩(260)은 전지 하우징(110)의 공기 유입창 커버(60)들과 공기 유출창 커버(80)들, 그리고 전지 카트리지(150)들을 이용해서 전지 하우징(110) 내 공기 흐름(F1)들을 직선형으로 가질 수 있다. 왜냐하면, 상기 공기 흐름(F1)들은 전지 카트리지(150)들 사이의 공기 안내 그루브들(142)을 따라 흐르고 전지 카트리지(150)들 주변에서 팬 덕트(30)에 의해 빠르게 공기 유출창 커버(80)들로 유출되기 때문이다.
도 19를 참조하면, 상기 공기 흐름(F1)들의 각각은 전지 카트리지(150)들의 각각의 공기 안내 그루브들(142, 144)에서 제 1 공기 흐름(F11)과 제 2 공기 흐름(F12)을 갖는다. 상기 제 1 공기 흐름(F11)과 제 2 공기 흐름(F12)은 도 18의 전지 카트리지(150)들 중 인접하는 두 개의 전지 카트리지(150)들 사이에서 두 개의 전지들(170)을 냉각시키는데 기여한다.
이 경우에, 상기 전지 카트리지(150)들 중 가운데에 위치되는 전지 카트리지(150)는 온도 센서 안착체(148)들에 적어도 하나의 온도 센서(155)를 가질 수 있다. 상기 온도 센서(155)는 전지 카트리지(150) 상에 위치되는 두 개의 전지들(170)의 온도를 측정할 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 팬 덕트(30)는 전지 하우징(110) 내에서 공기 흐름들(F1, F2, F3, F4)을 형성할 수 있다. 상기 공기 흐름(F1)은 도 1 또는 도 2의 제 1 전지 모듈(230)에 대응해서 공기 유입창 커버(60)를 경유하여 제 1 전지 모듈(230)을 통과한다. 상기 공기 흐름(F3)은 도 1 또는 도 2의 제 2 전지 모듈(240)에 대응해서 공기 유입창 커버(60)를 경유하여 제 2 전지 모듈(240)을 통과한다.
상기 공기 흐름들(F2, F4)은 공기 유입창 커버(60)들에 대응하는 공기 유출창 커버(80)들을 경유하여 팬 덕트(30)를 따라 흐른다. 계속해서, 상기 공기 흐름들(F2, F4)은 팬 덕트(30)의 공기 송풍대(6; 도 4 또는 도 5를 참조)에서 공기 흐름(F5)으로 형성된다. 이후로, 상기 팬 덕트(30)는 도 5의 송풍 팬 구조체(20)를 이용해서 전지 하우징(110)의 외부로 공기 흐름(F5)을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, 상세한 설명에서 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 본 발명의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
이상에서 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.
10; 팬 덕트 커버, 20; 송풍 팬 구조체
30; 팬 덕트, 110; 전지 하우징
120; 카트리지 고정 플레이트, 150; 전지 카트리지
170; 전지, 190; 전지 적층체
210; 전지 커버, 230, 240; 전지 모듈
260; 단위 전지 팩.

Claims (20)

  1. 순차적으로 적층되는 전지 카트리지들, 상기 전지 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개씩 안착되는 복수 개의 전지들, 상기 전지 카트리지들의 양 측부들에 각각 위치되는 전극 연결 부재들, 및 상기 전지 카트리지들, 상기 복수 개의 전지들과 상기 전극 연결 부재들을 덮는 전지 커버를 포함하는 제 1 전지 모듈;
    상기 제 1 전지 모듈에 인접하고 상기 제 1 전지 모듈과 동일한 구성 요소들을 가지는 제 2 전지 모듈;
    상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈을 감싸고 서로 마주하는 공기 유입창 커버들과 공기 유출창 커버들을 포함하는 전지 하우징; 및
    상기 전지 하우징의 상기 공기 유출창 커버들 상에 배치되는 팬 덕트를 포함하되,
    상기 전지 카트리지들의 각각의 상면 상에 두 개의 전지들은 전기적으로 병렬 연결되고,
    상기 전지 카트리지들은 상기 전극 연결 부재들을 통하여 전기적으로 직렬 연결되고,
    상기 전지 카트리지들의 각각의 하면은 서로에 대해서 평행한 공기 안내 그루브들을 한정하고,
    상기 공기 안내 그루브들은 상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈 중 하나에서 공기 유입창 커버 및 공기 유출창 커버와 정렬되어 공기 직선 유로들을 형성하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지들은, 인접하는 두 개의 전지 카트리지들 사이에, 중앙 영역에서 상기 공기 안내 그루브들을 통하여 중공을 가지고, 주변 영역에서 상기 공기 안내 그루브들과 평행하는 가장자리들을 통하여 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지들의 각각은, 사출 성형품으로서, 두 개의 전지 안착체들, 상기 전지 안착체들 사이에 위치되는 버스 바(bus bar)들과, 상기 버스 바들 사이에 위치해서 상기 전지 안착체들을 연결하는 카트리지 결합고리를 포함하고,
    상기 전지 안착체와 상기 카트리지 결합고리는 절연 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전지 안착체들과 상기 버스 바들은 상기 전지 안착체들 사이에서 상기 카트리지 결합고리의 반대 편들에 삽입홈들을 각각 한정하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스 바들은, 상기 삽입홈들 주변에서, 일면에 결합홈들 및 상기 일면과 수직하는 측면에 체결부재들을 포함하고,
    상기 버스 바들 및 상기 체결부재들은 도전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 카트리지 결합고리는 중앙 영역을 지나는 관통홀과 상기 관통홀의 일 측부의 입구로부터 돌출하는 끼움부재를 포함하고,
    상기 관통홀의 상기 일측부는 상기 관통홀의 타측부보다 더 작은 직경을 가지고,
    상기 끼움부재의 외경은 상기 관통홀의 상기 타측부의 직경보다 더 작고,
    상기 끼움부재와 상기 관통홀은 인접하는 두 개의 전지 카트리지들을 끼움 결합하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지들의 각각은,
    상기 하면과 상기 상면에 걸쳐서 형성되어 상기 두 개의 전지들 중 하나 바로 아래에서 노출되며 상기 공기 안내 그루브들에 평행한 상기 가장자리들로부터 상기 공기 안내 그루브들을 향해서 각각 돌출하는 온도 센서 안착체들; 및
    상기 하면과 상기 상면 사이의 측면들을 통하여 상기 온도 센서 안착체들의 내부 공간들을 각각 노출시키는 온도 센서 출입구들; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 센서 안착체들은 상기 전지 카트리지들 중 가운데에 위치되는 전지 카트리지에서 적어도 하나의 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전지들은 파우치 형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 두 개의 전지들은 상기 전지 안착체들에 각각 안착되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 두 개의 전지들은, 상기 전지 카트리지들의 각각의 상기 상면 상에서, 레이저를 통하여 동일 극성의 전극들로 서로에 연결되고, 열 융착을 통하여 상기 동일 극성의 전극들로 상기 버스 바들에 접촉되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 전극 연결 부재들은 상기 전지 카트리지들의 삽입홈들에 삽입되며 상기 전지 카트리지들 중 최상위 전지 카트리지의 버스 바들의 결합홈들에 고리체결됨과 함께 상기 전지 카트리지들의 체결부재들에 나사 체결되어서 상기 복수 개의 전지들의 전극들에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 전지 모듈에서,
    상기 전지 카트리지들 아래에 위치되는 카트리지 고정 플레이트; 및
    상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들, 상기 복수 개의 전지들 및 상기 전지 커버와 함께 상기 전극 연결 부재들을 각각 감싸는 부품 커버들; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들과 상기 전지 커버는 제 1 롱 볼트들을 통하여 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전지 하우징은,
    하부 플레이트;
    상부 플레이트;
    상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 서로 마주보면서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트를 이어주며 상기 공기 유입창 커버들 사이에 위치되는 제 1 측면 플레이트와 상기 공기 유출창 커버들 사이에 위치되는 제 2 측면 플레이트; 및
    상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에서 상기 제 1 측면 플레이트와 상기 제 2 측면 플레이트에 직각되게 위치하여 서로 마주보는 제 3 측면 플레이트와 제 4 플레이트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공기 유입창 커버들과 상기 공기 유출창 커버들은 상기 전지 커버에 밀착되면서 상기 하부 플레이트, 상기 전지 커버, 상기 상부 플레이트, 상기 제 3 측면 플레이트와 상기 제 4 측면 플레이트에 나사 체결되며,
    상기 공기 유출창 커버들은 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene diene monomer; EPDM)들을 포함하고,
    상기 제 1 측면 플레이트와 상기 제 2 측면 플레이트는 상기 공기 유입창 커버들과 상기 공기 유출창 커버들에 끼움 결합되고,
    상기 제 1 측면 플레이트, 상기 제 2 측면 플레이트, 상기 제 3 측면 플레이트와 상기 제 4 측면 플레이트는 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 상기 제 1 롱 볼트들 사이에 위치되는 제 2 롱 볼트들을 통하여 상기 카트리지 고정 플레이트, 상기 전지 카트리지들 및 상기 전지 커버에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 팬 덕트는 상기 공기 유출창 커버들을 각각 둘러싸면서 공기 흡입구들을 각각 한정하는 공기 흡입대들, 상기 공기 흡입대들 사이에 위치하면서 공기 집속구를 한정하는 공기 송풍대, 및 상기 공기 송풍대에 삽입되는 송풍 팬 구조체를 포함하되,
    상기 공기 흡입대들과 상기 공기 송풍대의 각각은 상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈의 배열 방향에 직각되는 방향으로 중앙 영역을 통해서 분리 가능한 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 공기 흡입대들과 공기 송풍대는 상기 공기 흡입구들과 상기 공기 집속구를 통해서 서로 연통하고,
    상기 송풍 팬 구조체는 상기 공기 유입창 커버들, 상기 공기 유출창 커버들, 상기 공기 흡입구들과 상기 공기 집속구를 통해서 상기 전지 하우징으로부터 공기를 흡입해서 상기 공기를 상기 팬 덕트의 외부로 보내는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 팬 덕트는 상기 공기 흡입대들, 상기 공기 송풍대에 에틸렌 프로필렌 고무들을 더 포함하고,
    상기 공기 흡입대들은 상기 팬 덕트와 상기 공기 유출창 커버들의 나사 체결을 통하여 에틸렌 프로필렌 고무들을 매개로 해서 상기 공기 유출창 커버들에 밀착되고,
    상기 송풍 팬 구조체는 상기 공기 집속구를 통하여 에틸렌 프로필렌 고무를 매개로 해서 상기 공기 송풍대에 밀착되는 것을 특징으로 하는 단위 전지 팩.
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