KR20160064871A - 배터릭 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 다수의 이차전지를 구비하는 배터리 모듈 어셈블리; 상기 배터리 모듈 어셈블리의 상부에 이동 가능하게 설치되는 제1 플레이트; 상기 배터리 모듈 어셈블리의 하부에 고정 설치되는 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트와 상기 배터리 모듈 어셈블리 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈 어셈블리가 상기 제1 플레이트에 인가하는 압력을 감지하는 압력 감지 센서; 및 상기 압력의 변화가 감지되는 경우에 상기 제1 플레이트를 상기 제2 플레이트에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시켜 상기 압력을 미리 정해진 값으로 유지하는 압력 유지 유닛을 포함한다.
이러한 본 발명에 의하면, 스웰링 현상에 의해 배터리 모듈 어셈블리가 팽창 또는 수축되어 배터리 모듈 어셈블리가 이를 기계적으로 지지하는 플레이트에 인가하는 압력이 변화될 때, 압력 변화에 대응하여 플레이트를 미리 정해진 방향으로 이동시킴으로써 배터리 어셈블리가 플레이트에 인가하는 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 주요 구조물의 변형, 배터리 모듈 어셈블리에 대한 플레이트의 지지력 약화, 및 냉각 성능의 저하 등 스웰링 현상으로 인해 발생하는 배터리 팩의 성능 저하를 최소화시킬 수 있다.

Description

배터릭 팩{Battery pack}
본 발명은 다수의 이차 전지를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle)등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 2 이상의 이차전지 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 상기 다수의 배터리 모듈을 이용하여 배터리 모듈 어셈블리를 구상하고, 상기 배터리 모듈 어셈블리에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 배터리 팩은, 다수의 이차전지를 구비하는 배터리 모듈 어셈블리, 배터리 모듈 어셈블리의 상부에 마련되는 상부 플레이트, 배터리 모듈 어셀블리의 하부에 마련되는 하부 플레이트, 및 상부 플레이트와 하부 플레이트를 체결하는 체결 부재를 포함한다. 상부 플레이트와 하부 플레이트 배터리 모듈 어셈블리의 외형을 고정시키고, 외부 충격으로부터 배터리 모듈 어셈블리를 보호할 수 있다.
그런데, 배터리 모듈 어셈블리가 구비하는 이차전지가 리튬-폴리머 파우치형 이차전지인 경우, 반복적인 충전 및 방전의 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이 때, 발생한 가스에 의해 이차 전기 셀의 외형이 변형되는 현상을 '스웰링 현상'이라고 한다.
스웰링 현상으로 인해, 방전 시에는 배터리 모듈 어셈블리가 수축하여, 배터리 모듈 어셈블리가 상하부 플레이트에 인가하는 압력이 감소되고, 충전 및 스웰링 시에는 배터리 모듈 어셈블리가 팽창하여, 배터리 모듈 어셈블리가 상하부 플레이트에 인가하는 압력이 증가된다.
배터리 모듈 어셈블리가 상하부 플레이트에 인가하는 압력이 감소되면, 상하부 플레이트가 배터리 모듈 어셈블리를 잡아주는 힘이 약해지며, 이로 인해 배터리 모듈 어셈블리의 내부 거동에 대한 상하부 플레이트의 억제력이 떨어지게 된다. 또한, 배터리 모듈 어셈블리가 상하부 플레이트에 인가하는 압력이 증가되면, 체결 부재 기타 배터릭 팩이 구비하는 구조물들에 변형이 발생하게 된다.
이와 같은 스웰링 현상으로 인한 배터리 팩의 성능 저하를 방지하기 위하여, 상하부 플레이트의 설계 시에는, 스웰링 현상을 예측한 강성 설계를 하고 있다. 그러나, 상하부 플레이트의 공차, 재질, 두께, 형상 등을 고려한 강성 설계만으로는 스웰링 형상으로 인한 배터리 팩의 성능 저하를 방지하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 스웰링 현상으로 인한 배터리 팩의 성능 저하를 최소화시킬 수 있도록 구조를 개선한 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차전지를 구비하는 배터리 모듈 어셈블리; 상기 배터리 모듈 어셈블리의 상부에 이동 가능하게 설치되는 제1 플레이트; 상기 배터리 모듈 어셈블리의 하부에 고정 설치되는 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트와 상기 배터리 모듈 어셈블리의 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈 어셈블리가 상기 제1 플레이트에 인가하는 압력을 감지하는 압력 감지 센서; 및 상기 압력의 변화가 감지되는 경우에 상기 제1 플레이트를 상기 제2 플레이트에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시켜 상기 압력을 미리 정해진 값으로 유지하는 압력 유지 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 압력 유지 유닛은, 상기 제1 플레이트의 상측에 상기 제1 플레이트와 이격되게 설치되는 제3 플레이트; 상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트를 체결하는 체결 부재; 및 상기 제1 플레이트와 상기 제3 플레이트 사이에 설치되며, 상기 제1 플레이트를 이동시키는 가동 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 압력 유지 유닛은, 상기 제1 플레이트의 이동을 안내하는 안내 레일을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 안내 레일은, 상기 제3 플레이트를 슬라이딩 이동 가능하게 관통하는 레일부; 및 상기 레일부의 일단에 마련되며, 상기 레일부를 상기 제1 플레이트에 고정시키는 고정단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 안내 레일은, 상기 레일부의 일단과 타단 사이에 상기 제3 플레이트가 위치하도록 상기 레일부의 타단에 마련되되, 상기 제3 플레이트에 걸림 가능하게 마련되는 자유단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 가동 부재는, 나사홀을 구비하고, 상기 제2 가동 부재와 축 결합되고, 상기 제1 플레이트에 고정되는 제1 가동 부재; 및 상기 나사홀에 나사 결합되는 제2 가동 부재를 구비하며; 상기 압력 유지 유닛은, 상기 제3 플레이트에 설치되며, 상기 압력이 증가되면 상기 제1 가동 부재가 상기 제1 플레이트를 끌어 올리도록 상기 제2 가동 부재를 일방향으로 회전시키고, 상기 압력이 감소되면 상기 제1 가동 부재가 상기 제1 플레이트를 밀어 내리도록 상기 제2 가동 부재를 타방향으로 회전시키는 구동 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 스웰링 현상에 의해 배터리 모듈 어셈블리가 팽창 또는 수축되어 배터리 모듈 어셈블리가 이를 기계적으로 지지하는 플레이트에 인가하는 압력이 변화될 때, 압력 변화에 대응하여 플레이트를 미리 정해진 방향으로 이동시킴으로써 배터리 어셈블리가 플레이트에 인가하는 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 주요 구조물의 변형, 배터리 모듈 어셈블리에 대한 플레이트의 지지력 약화, 및 냉각 성능의 저하 등 스웰링 현상으로 인해 발생하는 배터리 팩의 성능 저하를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 개념도.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 제어 개통도.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 제1 플레이트가 제2 플레이트와 이격되게 이동되는 양상을 나타내는 도면.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 제1 플레이트가 제2 플레이트와 근접되게 이동되는 양상을 나타내는 도면.
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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 개념도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 제어 개통도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 다수의 이차전지를 구비하는 배터리 모듈 어셈블리(10), 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부에 이동 가능하게 설치되는 제1 플레이트(20), 배터리 모듈 어셈블리(10)의 하부에 고정 설치되는 제2 플레이트(30), 제1 플레이트(20)와 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부 사이에 개재되며, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력을 감지하는 압력 감지 센서(40), 압력 감지 센서(40)에 상기 압력의 변화가 감지되는 경우에 제1 플레이트(20)를 제2 플레이트(30)에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시켜 상기 압력을 미리 정해진 값으로 유지하는 압력 유지 유닛(50), 배터리 팩(1)의 전반적인 구동을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
배터리 모듈 어셈블리(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 모듈(11)이 상하로 적층된 형태로 집합되어 형성된다. 배터리 모듈 어셈블리(10)는, 후술할 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이에 개재되는 형태로 구성될 수 있다.
배터리 모듈(11)은, 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 접압을 고려해야 하는 이차전지로 이루어진 이차전지 셀(미도시), 이차전지 셀을 고정시켜 배터리 모듈(11)을 구성하는 모듈 프레임(미도시), 이차전지 셀의 열을 방출하는 냉각핀(미도시) 등을 구비할 수 있다.
이차전지 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 이차전지 셀은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전기, 및 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 바람직하게, 이차전지 셀은 리튬 폴리머 전지가 사용될 수 있다. 또한, 이차전지 셀은 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류될 수 있다. 바람직하게, 이차전지 셀은 파우치형 이차 전지 셀이 사용될 수 있다.
다음으로, 제1 플레이트(20)는 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부에 이동 가능하게 설치되며, 제2 플레이트(30)는 배터리 모듈 어셈블리(10)의 하부에 고정 설치된다. 이러한 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30)는 각각, 넓은 면적을 가지는 플레이트 형태로 구성되어, 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부와 하부를 커버할 수 있다. 특히, 제2 플레이트(30)는, 후술할 체결 부재(80)를 설치할 수 있도록 제1 플레이트(20) 보다 넓은 면적을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30)는 각각, 배터리 모듈 어셈블리(10)에 대한 기계적 지지력을 제공하고, 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부와 하부에서 배터리 모듈 어셈블리(10)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역활을 할 수 있다. 이를 위하여 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30)는 각각, 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 구성된 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 압력 감지 센서(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈 어셈블리(10)의 상부와 제1 플레이트(20) 사이에 개재되며, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력을 감지한다. 압력 감지 센서(40)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 압력 감지 센서(40)는, 로드셀 또는 압력 필름일 수 있다.
압력 감지 센서(40)는, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 구비하는 다수의 이차 전지 셀들이 충전, 방전 등의 요인으로 인해 팽창 또는 수축 즉, 이차 전지 셀들에 스웰링 현상이 발생할 때 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력의 변화를 감지할 수 있다.
즉, 배터리 모듈 어셈블리(10)는 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이에 지지된 상태로 설치되므로, 스웰링 형상으로 인해 배터리 모듈 어셈블리(10)가 팽창 또는 수축되면 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력이 변화되고, 압력 감지 센서(40)는 이와 같이 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력(이하, '인가 압력'이라고 함)의 변화를 감지한다.
보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 감지 센서(40)는, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력에 대응한 압력 신호를 생성하여 제어부(60)로 전달하며, 제어부(60)는 압력 감지 센서(40)로부터 전달받은 압력 신호를 통해 인가 압력의 크기를 산출할 수 있다.
다음으로, 압력 유지 유닛(50)은, 압력 감지 센서(40)에 의하여 인가 압력의 변화가 감지되는 경우에, 제1 플레이트(20)를 제2 플레이트(30)에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시켜 인가 압력을 미리 정해진 값으로 유지한다.
압력 유지 유닛(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(20)의 상측에 제1 플레이트(20)와 이격되게 설치되는 제3 플레이트(70), 제2 플레이트(30)와 제3 플레이트(70)를 체결하는 체결 부재(80), 제1 플레이트(20)와 제3 플레이트(70) 사이에 설치되며, 제1 플레이트(20)를 이동시키는 가동 부재(90), 가동 부재(90)에 구동력을 제공하는 구동 모터(100), 및 제1 플레이트(20)의 이동을 안내하는 안내 레일(110)을 포함한다.
제3 플레이트(70)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(20)의 상측에 배치되며, 체결 부재(80)에 의하여 제2 플레이트(30)와 체결된다. 체결 부재(80)에 의하여 제3 플레이트(70)와 제2 플레이트(30)가 체결됨에 따라 제3 플레이트(70)와 제2 플레이트(30) 사이의 간격은 일정하게 유지되고, 가동 부재(90)에 의하여 제1 플레이트(20)가 이동됨에 따라 제3 플레이트(70)와 제1 플레이트(20) 사이의 간격(l)은 가변될 수 있다.
체결 부재(80)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하단부에 마련되는 볼트 머리(82)가 제2 플레이트(30)의 하면에 의하여 지지되고, 상단부에 마련되는 나사산(84)이 한 쌍의 너트(86)에 의하여 제3 플레이트(70)에 고정된다. 따라서, 체결 부재(80)는, 제2 플레이트(30)와 제3 플레이트(70)를 체결 부재(80)의 길이만큼 이격된 상태로 체결할 수 있다.
가동 부재(90)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(20)와 제3 플레이트(70) 사이에 설치되며, 압력 감지 센서(40)에 의하여 인가 압력의 변화가 감지되면 제1 플레이트(20)를 제2 플레이트(30)에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시킨다.
가동 부재(90)는, 제1 플레이트(20)의 상면에 고정되며, 내부에 나사홀(94)이 형성된 제1 가동 부재(92), 및 상단이 구동 모터(100)와 축 결합되며, 하단이 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)과 나사 결합되는 제2 가동 부재(96)를 포함한다. 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)의 내주면과 제2 가동 부재(96)의 외주면에는 각각, 서로 나사 결합 가능한 나사산이 형성된다. 제1 가동 부재(92)의 상단은, 제3 플레이트(70)를 관통하여 구동 모터(100)와 축 결합된다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 제1 플레이트가 제2 플레이트와 이격되게 이동되는 양상을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 1의 배터리 팩의 제1 플레이트가 제2 플레이트와 근접되게 이동되는 양상을 나타내는 도면이다.
구동 모터(100)는, 제3 플레이트(70)의 상면에 고정 설치되며, 제2 가동 부재(96)의 상단과 축 결합되어 제2 가동 부재(96)를 회전시킬 수 있다. 구동 모터(100)는, 감속 모터인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 구동 모터(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 가동 부재(96)의 하단이 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)에 삽입되는 일방향으로 제1 가동 부재(92)를 회전시킬 수 있다. 그런데, 제1 가동 부재(92)는 이동 가능하게 설치된 제1 플레이트(20)에 결합되고, 제2 가동 부재(96)는, 구동 모터(100)를 매개로 하여, 고정 설치된 제3 플레이트(70)에 결합된다. 따라서, 제2 가동 부재(96)가 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)에 삽입되는 방향으로 회전되면, 제1 가동 부재(92)는 상측 방향 즉, 제2 플레이트(30)로부터 이격되는 방향으로 이동된다. 그러면, 제1 가동 부재(92)는 제1 플레이트(20)를 상측 방향으로 끌어 올리며, 그 결과 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이의 간격(l1)은 벌어지게 된다.
또한, 구동 모터(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 가동 부재(96)의 하단이 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)로부터 인출되는 타방향으로 제1 가동 부재(92)를 회전시킬 수 있다. 제2 가동 부재(96)가 제1 가동 부재(92)의 나사홀(94)로부터 인출되는 방향으로 회전되면, 제1 가동 부재(92)는 하측 방향으로 이동된다. 그러면, 제1 가동 부재(92)는 제1 플레이트(20)를 하측 방향 즉, 제2 플레이트(30)와 근접되는 방향으로 이동된다. 그러면, 제1 가동 부재(92)는 제1 플레이트(20)를 하측 방향으로 밀어 내리며, 그 결과 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이의 간격(l2)은 좁아지게 된다.
다음으로, 안내 레일(110)은, 제1 플레이트(20)의 이동을 안내한다. 안내 레일(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 플레이트(70)를 슬라이딩 이동 가능하게 관통하도록 설치되는 레일부(112), 레일부(112)의 하단부에 마련되며, 레일부(112)를 제1 플레이트(20)에 고정시키는 고정단, 및 레일부(112)의 하단부와 상단부 사이에 제3 플레이트(70)가 위치하도록 레일부(112)의 상단부에 마련되며, 제3 플레이트(70)에 걸림 가능하게 마련되는 자유단(108)을 포함한다.
레일부(112)는, 제3 플레이트(70)에 형성된 관통홀(미도시)을 슬라이딩 이동 가능하게 설치되며, 상단부가 제3 플레이트(70)의 관통홀을 관통하여 제3 플레이트(70)의 상측으로 연장된다. 따라서, 레일부(112)는, 제1 플레이트(20)가 이동될 때 제3 플레이트(70)의 관통홀을 따라 슬라이딩 이동하면서 제1 플레이트(20)의 이동을 안내할 수 있다.
고정단은, 레일부(112)의 하단부에 마련되는 나사산(114), 및 나사산(114)에 나사 결합되어 나사산(114)을 제3 플레이트(70)에 고정시키는 한 쌍의 너트(116)를 포함한다. 너트(116)에 의하여 나사산(114)이 제3 플레이트(70)에 고정됨에 따라 레일부(112)는 제1 플레이트(20)에 고정될 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(20)가 이동될 때 레일부(112)는 제1 플레이트(20)와 함께 이동될 수 있다.
자유단(108)은, 제3 플레이트(70)의 상측으로 연장된 레일부(112)의 상단에 마련되며, 제3 플레이트(70)의 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖는다. 따라서, 자유단(108)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 레일부(112)가 제1 플레이트(20)와 함께 하측 방향으로 이동될 때 제3 플레이트(70)의 상면에 걸림되며, 이를 통해 레일부(112)가 제3 플레이트(70)와 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 스웰링 현상에 의하여 배터리 모듈 어셈블리(10)가 팽창하는 경우에, 인가 압력을 일정하게 조절하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 팽창하여 압력 감지 센서(40)에 의하여 인가 압력의 상승이 감지되면, 압력 감지 센서(40)는 상승된 인가 압력에 대응한 압력 신호를 제어부(60)로 전달한다.
다음으로, 제어부(60)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 신호를 통해 상승된 인가 압력의 크기를 산출하고, 제1 플레이트(20)가 상측으로 이동되도록 구동 모터(100)를 가동시킨다.
그러면, 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이의 간격(l1)이 제1 플레이트(20)가 상승된 거리만큼 벌어지며, 인가 압력은 제1 플레이트(20)가 상승된 거리에 대응하여 하강하고, 압력 감지 센서(40)는 하강된 인가 압력에 대응한 압력 신호를 제어부(60)로 실시간으로 전달한다.
이후에, 제어부(60)는, 압력 신호를 통해 하강된 인가 압력의 크기를 산출하고, 인가 압력이 미리 정해진 기준 압력값으로 하강되면 구동 모터(100)의 가동을 정지한다. 따라서, 스웰링 현상으로 인해 배터리 모듈 어셈블리(10)가 팽창되는 경우에도 인가 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이하에서는, 스웰링 현상에 의하여 배터리 모듈 어셈블리(10)가 수축하는 경우에, 인가 압력을 일정하게 조절하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 수축하여 압력 감지 센서(40)에 의하여 인가 압력의 하강이 감지되면, 압력 감지 센서(40)는 하강된 인가 압력에 대응한 압력 신호를 제어부(60)로 전달한다.
다음으로, 제어부(60)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압력 신호를 통해 하강된 인가 압력의 크기를 산출하고, 제1 플레이트(20)가 하측으로 이동되도록 구동 모터(100)를 가동시킨다.
그러면, 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30) 사이의 간격(l2)이 제1 플레이트(20)가 하강된 거리만큼 좁아지며, 인가 압력은 제1 플레이트(20)가 하강된 거리에 대응하여 상승하고, 압력 감지 센서(40)는 상승된 인가 압력에 대응한 압력 신호를 제어부(60)로 실시간으로 전달한다.
이후에, 제어부(60)는, 압력 신호를 통해 인가 압력의 크기를 산출하고, 인가 압력이 미리 정해진 기준 압력값으로 상승되면 구동 모터(100)의 가동을 정지한다. 따라서, 스웰링 현상으로 배터리 모듈(11)이 하강되는 경우에도 인가 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 압력 감지 센서(40)와 압력 유지 유닛(50)을 이용하여 제1 플레이트(20)를 이동시킴으로써, 스웰링 현상에 의하여 배터리 모듈 어셈블리(10)가 팽창 또는 수축될 때에도 인가 압력 즉, 배터리 모듈 어셈블리(10)가 제1 플레이트(20)에 인가하는 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 주요 구조물의 변형, 배터리 모듈 어셈블리(10)에 대한 제1 플레이트(20)와 제2 플레이트(30)의 지지력 약화, 및 냉각 성능의 저하 등 스웰링 현상으로 인해 발생하는 배터리 팩(1)의 성능 저하를 최소화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 스웰링 현상이 발생될 때 제1 플레이트(20)를 이동시키는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 플레이트(20)를 고정 설치하고, 제2 플레이트(30)를 이동 가능하게 설치하여, 스웰링 현상이 발생될 때 제2 플레이트(30)를 이동시킬 수도 있다.
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.
1 : 배터리 팩
10 : 배터리 모듈 어셈블리 20 : 제1 플레이트
30 : 제2 플레이트 40 : 압력 감지 센서
50 : 압력 유지 유닛 60 : 제어부
70 : 제3 플레이트 80 : 체결 부재
90 : 가동 부재 100 : 구동 모터
110 : 안내 레일

Claims (6)

  1. 다수의 이차전지를 구비하는 배터리 모듈 어셈블리;
    상기 배터리 모듈 어셈블리의 상부에 이동 가능하게 설치되는 제1 플레이트;
    상기 배터리 모듈 어셈블리의 하부에 고정 설치되는 제2 플레이트;
    상기 제1 플레이트와 상기 배터리 모듈 어셈블리의 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈 어셈블리가 상기 제1 플레이트에 인가하는 압력을 감지하는 압력 감지 센서; 및
    상기 압력의 변화가 감지되는 경우에 상기 제1 플레이트를 상기 제2 플레이트에 근접되거나 이격되는 방향으로 이동시켜 상기 압력을 미리 정해진 값으로 유지하는 압력 유지 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 유지 유닛은,
    상기 제1 플레이트의 상측에 상기 제1 플레이트와 이격되게 설치되는 제3 플레이트;
    상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트를 체결하는 체결 부재; 및
    상기 제1 플레이트와 상기 제3 플레이트 사이에 설치되며, 상기 제1 플레이트를 이동시키는 가동 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력 유지 유닛은,
    상기 제1 플레이트의 이동을 안내하는 안내 레일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안내 레일은,
    상기 제3 플레이트를 슬라이딩 이동 가능하게 관통하는 레일부; 및
    상기 레일부의 일단에 마련되며, 상기 레일부를 상기 제1 플레이트에 고정시키는 고정단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안내 레일은,
    상기 레일부의 일단과 타단 사이에 상기 제3 플레이트가 위치하도록 상기 레일부의 타단에 마련되되, 상기 제3 플레이트가 걸림 가능하게 마련되는 자유단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가동 부재는,
    나사홀을 구비하고, 상기 제1 플레이트에 고정되는 제1 가동 부재; 및
    상기 나사홀과 나사 결합되는 제2 가동 부재를 구비하며;
    상기 압력 유지 유닛은,
    상기 제3 플레이트에 설치되며, 상기 제2 가동 부재와 축 결합되고, 상기 압력이 증가되면 상기 제1 가동 부재가 상기 제1 플레이트를 끌어 올리도록 상기 제2 가동 부재를 일방향으로 회전시키고, 상기 압력이 감소되면 상기 제1 가동 부재가 상기 제1 플레이트를 밀어 내리도록 상기 제2 가동 부재를 타방향으로 회전시키는 구동 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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