KR20160144764A - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실링성, 소형성, 고정성, 조립성 및 경량성 등 다양한 요구 특성을 우수하게 만족시킬 수 있는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수의 이차 전지, 및 상호 적층되며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸 상기 이차 전지를 수용하는 복수의 카트리지를 구비하는 셀 어셈블리; 내부에 빈 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하고, 상부가 개방된 형태로 구성된 로워 하우징; 상기 로워 하우징의 상부 개방단에 결합되어, 상부 개방단을 커버하는 어퍼 하우징; 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되며, 하단이 상기 로워 하우징에 결합되고, 상단부가 상기 어퍼 하우징을 관통하는 제1 체결 부재; 상기 어퍼 하우징의 상부에 배치되고, 하부는 개방되고 상부는 폐쇄된 형태로 중공이 형성되어, 상기 중공에 상기 어퍼 하우징의 상부로 노출된 제1 체결 부재의 상단부가 삽입 결합됨으로써, 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징의 결합 상태를 고정시키는 제2 체결 부재; 및 상기 제1 체결 부재를 둘러싸는 형태로 구성되며, 상기 제2 체결 부재의 하부와 상기 어퍼 하우징의 상부 사이에 개재된 제1 실링 부재를 포함한다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}

본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부피가 작고 실링성이 확보되며, 구조 및 조립 공정이 간단한 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

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. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

한편, 배터리 팩은 팩 하우징을 구비하여, 이차 전지와 같은 구성요소들을 내부 공간에 수납하여 보호할 수 있다. 특히, 팩 하우징은 로워 하우징과 어퍼 하우징으로 구성되어, 이차 전지는 주로 상부가 개방된 형태의 로워 하우징에 수납되고, 어퍼 하우징은 로워 하우징의 상부 개방단에 결합하는 형태로 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 어퍼 하우징과 로워 하우징의 결합은, 안정적으로 유지될 필요가 있다.

이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 팩 하우징의 실링성 확보는 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 예를 들어, 팩 하우징 내부로 외부의 수분이나 이물질 등이 침투하는 경우, 배터리 팩의 고장이나 파손을 일으킬 수 있다. 또한, 팩 하우징 내부의 이차 전지에서 가스가 발생한 경우, 이러한 가스가 정해지지 않은 경로를 통해서 배출될 때에는, 배터리 팩 사용자의 인체에 해를 끼칠 수 있다.

뿐만 아니라, 종래 배터리 팩의 경우, 어퍼 하우징과 로워 하우징을 체결하기 위해 볼트 등의 체결 부재가 이용될 수 있는데, 이와 같이 볼트 등이 체결된 부분에서 내외부 간 각종 물질이 유출입되는 문제가 발생할 가능성이 높다.

한편, 배터리 팩에 대해서는, 높은 에너지 밀도에 대한 요구가 계속되고 있다. 특히, 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 장착 공간에 비해 높은 출력 및 용량이 요구된다. 하지만, 아직까지 부피는 작으면서도 성능은 충분히 우수한 배터리 팩이 마련되어 있다고는 볼 수 없다. 더욱이, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 하우징의 체결이나 배터리 팩 내부의 각종 구성요소의 고정을 위해 여러 체결 부재가 이용된다. 그런데, 이러한 체결 부재로 배터리 팩의 부피가 증가하는 경우가 많고, 이로 인해 배터리 팩의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다.

또한, 그 밖에도 배터리 팩에 대해서는, 조립의 용이성, 구성요소의 고정성, 경량성 등 여러 가지 많은 특성이 요구되고 있다. 예를 들어, 배터리 팩 내부에 수납된 특정 구성요소가 안정적으로 고정되지 못하는 경우, 이차 전지나 BMS와 같은 내부 구성요소가 파손되는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만, 이러한 문제점을 방지하기 위해 체결 부품을 많이 사용하는 경우, 배터리 팩의 부피와 무게, 제조 비용과 시간 등을 증가시키고, 조립성을 악화시키는 문제를 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 실링성, 소형성, 고정성, 조립성 및 경량성 등 다양한 요구 특성을 우수하게 만족시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 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, 복수의 이차 전지, 및 상호 적층되며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸 상기 이차 전지를 수용하는 복수의 카트리지를 구비하는 셀 어셈블리; 내부에 빈 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하고, 상부가 개방된 형태로 구성된 로워 하우징; 상기 로워 하우징의 상부 개방단에 결합되어, 상부 개방단을 커버하는 어퍼 하우징; 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되며, 하단이 상기 로워 하우징에 결합되고, 상단부가 상기 어퍼 하우징을 관통하는 제1 체결 부재; 상기 어퍼 하우징의 상부에 배치되고, 하부는 개방되고 상부는 폐쇄된 형태로 중공이 형성되어, 상기 중공에 상기 어퍼 하우징의 상부로 노출된 제1 체결 부재의 상단부가 삽입 결합됨으로써, 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징의 결합 상태를 고정시키는 제2 체결 부재; 및 상기 제1 체결 부재를 둘러싸는 형태로 구성되며, 상기 제2 체결 부재의 하부와 상기 어퍼 하우징의 상부 사이에 개재된 제1 실링 부재를 포함한다.

여기서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 로워 하우징의 상부 개방단 테두리를 따라 구비되어, 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이에 개재된 제2 실링 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 체결 부재는 상기 제2 실링 부재보다 수평 방향 내측에 위치할 수 있다.

또한, 상기 어퍼 하우징은 상부에 하부 방향으로 오목한 형태의 어퍼홈이 링 형태로 형성되고, 상기 제1 실링 부재는 하부가 상기 어퍼홈에 삽입될 수 있다.

또한, 상기 제2 체결 부재는 하부에 상부 방향으로 오목한 형태의 체결홈이 링 형태로 형성되고, 상기 제1 실링 부재는 상단부가 상기 체결홈에 삽입될 수 있다.

또한, 상기 제1 체결 부재의 상단부 외주면 및 상기 제2 체결 부재의 내주면에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 판상의 금속 재질로 구성되고, 상기 로워 하우징의 바닥부에 매립되며, 상기 제1 체결 부재의 하단부가 결합된 하부 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 로워 하우징의 바닥부에 매립되고, 상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 위치하며, 중공이 형성되어 상기 제1 체결 부재의 하단부에 결합된 제3 체결 부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 체결 부재는, 상기 셀 어셈블리를 상하 방향으로 관통할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 판상의 금속 재질로 구성되고, 상기 셀 어셈블리의 상부에 안착되어 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하며, 상기 제1 체결 부재에 의해 관통되는 상부 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 판상으로 구성되고, 상기 셀 어셈블리의 상부에 구비되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착되고, 상기 제1 체결 부재에 의해 관통되는 전장 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.

본 발명에 의하면, 팩 하우징의 실링성이 안정적으로 확보될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 어퍼 하우징과 로워 하우징을 체결하기 위한 체결 부재가 구비된 부분에서도 실링성이 확보될 수 있다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩 외부의 수분이나 먼지, 각종 이물질이 배터리 팩 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 외부 물질로 인해, 이차 전지나 BMS와 같은 각종 구성요소가 고장나거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩 내부의 이차 전지로부터 유해 가스가 발생한 경우, 가스가 배출 덕트 등 정해진 경로로만 배출되도록 하고, 정해지지 않은 경로로는 배출되지 않도록 할 수 있다. 그러므로, 자동차 운전자와 같은 배터리 팩 사용자가 유해 가스에 노출되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 소형화 달성에 유리할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예의 경우, 어퍼 하우징과 로워 하우징의 체결 구성이 어퍼 하우징과 로워 하우징의 실링 라인 외부에 위치하지 않고 내부에 위치할 수 있다. 따라서, 이러한 어퍼 하우징과 로워 하우징의 체결 구성으로 인해, 배터리 팩의 부피가 증대되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 어퍼 하우징과 로워 하우징의 체결 구성을 이용하여, 셀 어셈블리, 엔드 플레이트 및 전장 플레이트 등 다른 여러 구성요소들까지 체결시킬 수 있다. 따라서, 이들 구성요소를 체결 고정시키기 위한 별도의 체결 부재를 마련할 필요가 없으므로, 배터리 팩의 제조 비용이 감소하고, 조립성이 향상되며, 경량화 및 소형화 달성에 보다 용이할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 체결 부재가 결합된 하부 엔드 플레이트가 로워 하우징 내부에 매립되어 있으므로, 제1 체결 부재가 로워 하우징 하부로 돌출되지 않고, 로워 하우징과 어퍼 하우징의 체결 구성이 안정적으로 확보될 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 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은, 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 다른 카트리지와 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 3의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 6은, 도 5에서 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징과 하부 엔드 플레이트의 분리 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

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 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100), 로워 하우징(200), 어퍼 하우징(300), 제1 체결 부재(400), 제2 체결 부재(500) 및 제1 실링 부재(600)를 포함한다.

상기 셀 어셈블리(100)는, 복수의 이차 전지(110) 및 카트리지(120)를 구비할 수 있다.

여기서, 이차 전지(110)는, 충방전을 통해 전기적 에너지를 저장하거나 방출하는 구성요소로서, 특히 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이러한 이차 전지(110)는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 이차 전지(110)는, 리튬 이차 전지일 수 있다.

여기서, 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형, 및 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.

또한, 파우치 외장재는, 전극 조립체와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속 박막, 이를테면 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은, 전극 조립체 및 전해액과 같은 이차 전지(110) 내부의 구성요소나 이차 전지(110) 외부의 다른 구성 요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층에 개재될 수 있다. 따라서, 파우치 외장재는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.

파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치의 내부 공간에는 전극 조립체가 수납될 수 있다. 또한, 2개의 파우치의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.

한편, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드는 2개의 파우치의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써, 이차 전지(110)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 셀 어셈블리(100)에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 파우치형 이차 전지가 채용될 수 있다.

상기 이차 전지(110)는, 배터리 팩에 다수 포함될 수 있다. 특히, 이러한 다수의 이차 전지(110)는, 넓은 면이 상부와 하부를 향하도록 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열될 수 있다.

상기 카트리지(120)는, 이차 전지(110)를 내부 공간에 수용하며, 특히 이차 전지(110)의 외주부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 다른 카트리지(120)와 이차 전지(110)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 카트리지(120)는, 대략 사각 링 형태로 형성된 메인 프레임(121)을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(120)의 메인 프레임(121)은, 양 단부가 상호 연결된 4개의 단위 프레임으로 구성될 수 있다. 이러한 카트리지(120)는, 각 단위 프레임이 별도로 제조된 후 상호 조립되는 형태로 마련될 수도 있고, 처음부터 서로 일체화된 형태로 성형될 수도 있다.

특히, 파우치형 이차 전지(110)는 넓은 면을 바라볼 때 대략 사각형 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 메인 프레임(121)이 사각 링 형태로 형성되는 경우, 중앙의 빈 공간에 이차 전지(110)가 위치하여, 이차 전지의 테두리부는 카트리지(120)에 의해 외측에서 감싸질 수 있다. 그러므로, 카트리지(120)는, 이차 전지(110)를 수납하며 이차 전지(110)의 외측을 보호할 수 있다.

또한, 상기 카트리지(120)는, 중앙 부분에 열전도성 재질의 냉각 플레이트(122)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(120)는, 메인 프레임(121)으로 한정된 사각 링의 중앙 부분에 알루미늄 재질의 냉각 플레이트(122)를 구비할 수 있다. 이때, 냉각 플레이트(122)는 상하 방향으로 소정 거리 이격된 2개의 플레이트, 즉 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 냉각 플레이트(122) 사이에는 유로(P)가 형성되어 공기와 같은 냉매가 이동할 수 있다. 이러한 카트리지(120) 구성에 있어서, 이차 전지(110)는 상부 플레이트의 상부와 하부 플레이트의 하부에 각각 1개씩 수용될 수 있다. 이 경우, 1개의 카트리지(120)에는 2개의 이차 전지(110)가 수용된다고 할 수 있다. 그리고, 이차 전지(110)로부터 생성된 열은, 인접한 냉각 플레이트(122)로 전달되어 냉각 플레이트(122) 사이의 유로로 흐르는 냉매를 통해 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 카트리지(120)는, 상호 적층 가능하게 구성될 수 있다. 특히, 상기 카트리지(120)는, 배터리 팩에 복수 개 포함될 수 있으며, 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이때, 상기 카트리지(120)는, 상호 적층되는 표면, 이를테면 메인 프레임(121)의 상부면과 하부면에 상호 대응되는 형태로 요철 구조가 형성될 수 있다. 이 경우, 카트리지(120)에 형성된 요철 구조로 인해, 카트리지(120) 간 체결성 및 고정력이 향상될 수 있고, 요철 구조가 가이드 역할을 하여 카트리지의 적층이 보다 용이해질 수 있다.

이처럼, 상기 카트리지(120)는, 적층을 통해 형성된 내부 공간에 파우치형 이차 전지(110)를 수용함으로써, 파우치형 이차 전지(110)의 외부 노출을 제한하여 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 이차 전지(110)를 보호하고, 파우치형 이차 전지(110)의 상호 배열을 가이드하는 한편, 적층된 조립체의 유동을 방지할 수 있다.

상기 로워 하우징(200)은, 내부에 빈 공간을 구비하여 셀 어셈블리(100)를 내부 공간에 수납할 수 있다. 또한, 상기 로워 하우징(200)은, 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 셀 어셈블리(100)는, 이러한 로워 하우징(200)의 상부 개방단을 통해 내부 공간으로 인입될 수 있다. 즉, 상기 로워 하우징(200)은, 하면과 측면이 막히고, 상면이 개방된 형태로 내부 공간을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 로워 하우징(200)은, 바닥부 및 측벽부를 구비할 수 있다.

상기 로워 하우징(200)은, 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 플라스틱 재질의 경우, 성형이 용이하고 무게가 가벼우며 전기적 절연성이 우수하여, 배터리 팩의 생산성 향상과, 경량화 및 절연성 확보에 보다 용이할 수 있다.

상기 어퍼 하우징(300)은, 로워 하우징(200)의 상부 개방단에 결합되어, 상부 개방단을 커버하게 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 어퍼 하우징(300)의 결합을 통해, 로워 하우징(200)의 내부 공간은 밀폐될 수 있다.

특히, 상기 어퍼 하우징(300)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 방향으로 오목한 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 어퍼 하우징(300)은, 상면과 측면이 막히고, 하면이 개방된 형태로 내부 공간을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 어퍼 하우징(300)은, 루프부 및 측벽부를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 어퍼 하우징(300)은, 이와 같이 오목하게 형성된 부분에, 셀 어셈블리(100)나 다른 구성요소의 적어도 일부가 수용되도록 할 수 있다.

또한, 상기 어퍼 하우징(300)은, 로워 하우징(200)과 동일 또는 유사한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 어퍼 하우징(300)은, 로워 하우징(200)과 함께 플라스틱 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 체결 부재(400)는, 일 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 체결 부재(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 길게 연장된 막대 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 제1 체결 부재(400)는, 로워 하우징(200)의 바닥부에 대하여 수직하게 세워지는 형태로 구성될 수 있다.

상기 제1 체결 부재(400)는, 하단부가 로워 하우징(200)에 결합될 수 있다. 특히, 상기 제1 체결 부재(400)의 하단부는, 로워 하우징(200)의 바닥부에 결합 고정될 수 있다. 그리고, 제1 체결 부재(400)는, 로워 하우징(200)의 바닥부에서 내부 공간에 수용되어 기립하는 형태로 구성될 수 있다.

상기 제1 체결 부재(400)는, 상단부가 어퍼 하우징(300)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제1 체결 부재(400)는, 로워 하우징(200)의 바닥부에서부터 로워 하우징(200)의 내부 공간을 경유하여 어퍼 하우징(300)까지 이르며, 상단부의 적어도 일부가 어퍼 하우징(300)을 관통하여 외부로 노출되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 어퍼 하우징(300)은, 도 2에서 H3으로 표시된 바와 같이, 상하 방향으로 관통된 형태의 관통홀이 형성되어, 이러한 관통홀을 통해 제1 체결 부재(400)가 통과되도록 할 수 있다.

상기 제2 체결 부재(500)는, 어퍼 하우징(300)의 상부에 배치되고, 제1 체결 부재(400)의 상단에 결합될 수 있다. 이러한 제2 체결 부재(500)의 구성에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 5는 도 3의 A2 부분에 대한 확대도이고, 도 6은 도 5에서 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2 체결 부재(500)는, 상하 방향으로 중공(M)이 형성될 수 있다. 이때, 제2 체결 부재(500)의 중공(M)은 하부가 개방되며, 제1 체결 부재(400)의 상단부는 이러한 하부의 개방된 부분을 통해 제2 체결 부재(500)의 중공으로 삽입되어 결합될 수 있다.

이때, 제1 체결 부재(400)의 상단부 외주면 및 제2 체결 부재(500)의 내주면에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 체결 부재(400)의 상단 외측 표면과 제2 체결 부재(500)의 중공(M) 표면에는 나사산이 형성됨으로써, 이러한 나사산을 따라 제2 체결 부재(500)는 제1 체결 부재(400)에 회전 결합될 수 있다. 특히, 제2 체결 부재(500)는, 어퍼 하우징(300)의 상면에 접촉할 때까지 제1 체결 부재(400)와 회전 결합될 수 있다.

이처럼, 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500)가 상호 체결되면, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 결합 상태가 고정될 수 있다. 예를 들어, 어퍼 하우징(300)은, 로워 하우징(200)의 상단 개방부에 안착되어, 로워 하우징(200)의 내부 공간을 폐쇄할 수 있다. 이때, 제1 체결 부재(400)의 하단부가 로워 하우징(200)에 결합되고, 상단부가 어퍼 하우징(300)을 관통한 상태로 제2 체결 부재(500)에 의해 체결 고정되면, 이러한 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500) 사이의 체결을 통해 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 결합 상태는 안정적으로 유지될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서 제2 체결 부재(500)는, 중공의 상부가 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 체결 부재(500)의 중공(M)은, 하부가 개방되어 있는 반면, 상부는 막혀진 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)에 의해 배터리 팩 내외부 간 실링성이 약해지는 것을 방지할 수 있다. 제1 체결 부재(400)는, 어퍼 하우징(300)의 관통홀(H3)을 관통하는 형태로 구성되나, 제1 체결 부재(400)의 상단부에 체결된 제2 체결 부재(500)의 중공 상부는 막혀진 형태로 구성된다. 따라서, 외부의 수분이나 이물질, 또는 내부의 가스 등이 제1 체결 부재(400)의 주변부를 따라 어퍼 하우징(300)의 관통홀(H3)을 관통하는 것을 방지할 수 있다. 이를테면, 도 5에서 화살표 A3로 표시된 방향으로, 배터리 팩 외부의 수분이나 이물질이 배터리 팩 내부로 침투하는 것이 방지될 수 있다. 즉, 제1 체결 부재(400)의 상부에 위치하는 외부의 수분이나 이물질은, 제2 체결 부재에 의해 막혀지므로, A3'로 표시된 바와 같이 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500) 사이의 틈으로 유입되지 않을 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 화살표 A3의 반대 방향으로, 배터리 팩 내부의 유해 가스가 외부로 배출되는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 실링성이 향상될 수 있다.

상기 제1 체결 부재(400) 및 상기 제2 체결 부재(500)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500)의 강성을 용이하게 확보할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 특정 재질로 한정되는 것은 아니며, 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)는 다른 다양한 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 실링 부재(600)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 체결 부재(500)와 어퍼 하우징(300) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 실링 부재(600)는, 어퍼 하우징(300)의 상부에서 제2 체결 부재(500)의 하부에 위치하여, 상면이 제2 체결 부재(500)의 하면에 접촉되고, 하면이 어퍼 하우징(300)의 상면에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 제1 실링 부재(600)는, 상부에서 바라볼 때, 제1 체결 부재(400)를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 제1 실링 부재(600)는, 링 형태, 이를테면 원형 링 형태로 형성되어, 제1 체결 부재(400)의 상단부 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 실링 부재(600)는, 제1 체결 부재(400)의 표면에 직접 접촉하지 않고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 체결 부재(400)로부터 수평 방향으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 이러한 제1 실링 부재(600)로 인해, 실링성이 보다 강화될 수 있다. 특히, 제1 실링 부재(600)는, 도 5의 화살표 A4 방향으로, 제2 체결 부재(500)와 어퍼 하우징(300) 사이의 접촉 부분을 따라 배터리 팩 외부의 수분이나 이물질이 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 체결 부재 외부의 수분이나 이물질 등이 제2 체결 부재(500)와 어퍼 하우징(300) 사이의 틈을 따라 배터리 팩 내부로 유입되려고 할 때, 이러한 경로에는 제1 실링 부재(600)가 위치한다. 따라서, 외부의 수분이나 이물질 등은, A4'로 표시된 바와 같이, 제1 실링 부재에 의해 차단되어, 제2 체결 부재(500)와 어퍼 하우징(300) 사이의 틈을 통해 체결홀로 유입되는 것은 어려워질 수 있다. 또한, 제1 실링 부재(600)는, 도 5의 화살표 A4와 반대 방향으로 배터리 팩 내부의 유해 가스가 외부로 배출되는 것이 방지될 수 있다. 더욱이, 제1 실링 부재(600)가 링 형태로 형성되는 경우, 수평 방향으로 배터리 팩 외부와 제1 체결 부재(400) 사이의 경로에는, 제1 실링 부재(600)가 항상 위치할 수 있다. 따라서, 제1 실링 부재(600)에 의해 배터리 팩의 실링성이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.

상기 제1 실링 부재(600)는, 밀봉성을 확보할 수 있는 다양한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 실링 부재(600)는, 고무나 실리콘, 폴리우레탄 등의 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 제1 실링 부재(600)는, 탄성체 재질로 구성될 수 있다. 이러한 재질의 경우, 성형이 용이하고 제2 체결 부재(500) 및 어퍼 하우징(300)과 밀착성이 좋으므로, 제2 체결 부재(500)와 어퍼 하우징(300) 사이에서 수분이나 가스 등의 유출입이 보다 효율적으로 차단될 수 있다.

또한, 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)는, 하나의 배터리 팩에 복수 개 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 6개 포함될 수 있다. 이 경우, 제1 실링 부재(600) 역시, 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)의 개수와 동일하게 6개 포함될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)와 제2 체결 부재(500)의 다수의 체결 구성으로 인해, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300) 사이의 결합이 전체적인 부분에 대하여 안정적으로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 제1 체결 부재(400)에는 셀 어셈블리(100)를 비롯한 여러 구성요소가 고정될 수 있는데, 이 경우, 다수의 제1 체결 부재(400)로 인해 이러한 각 구성요소의 고정이 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 다수의 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)의 존재로, 배터리 팩에 충격이나 진동이 가해진 경우, 특정 부분에 충격이나 진동이 집중되는 것을 방지하여, 이로 인한 배터리 팩의 고장이나 파손을 예방할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 제2 실링 부재(700)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 실링 부재(700)는, 로워 하우징(200)의 상부 개방단 테두리를 따라 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 실링 부재(700)는, 도 2에서 E로 표시된 부분과 같이, 로워 하우징(200)의 측벽부 상단에 구비되어, 링 형태, 특히 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(200)의 측벽부 상단에는 어퍼 하우징(300)의 측벽부 하단이 안착되므로, 제2 실링 부재(700)는 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300) 사이에 개재된다고 할 수 있다. 즉, 제2 실링 부재(700)는, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 접촉 부분에 개재될 수 있다.

이러한 구성에 있어서, 상기 제1 체결 부재(400)는, 제2 실링 부재(700)보다 내측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 제1 체결 부재(400)는, 제2 실링 부재(700)보다, 배터리 모듈의 내측 방향인 우측에 위치할 수 있다. 특히, 제2 실링 부재(700)는, 팩 하우징의 테두리 부분을 따라 구비되어 실링 라인을 형성할 수 있는데, 제1 체결 부재(400)는, 이러한 제2 실링 부재(700)에 의해 형성되는 실링 라인 안쪽에 위치한다고 할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 불필요한 공간 확장을 방지하여 배터리 팩의 소형화 및 에너지 밀도 향상에 기여할 수 있다. 만일, 제1 체결 부재(400)가 제2 실링 부재(700)의 실링 라인보다 외측에 위치한다면, 제1 체결 부재(400) 및 제2 체결 부재(500)가 위치할 수 있는 공간을 확보하기 위해, 로워 하우징(200) 및 어퍼 하우징(300)의 크기는 제2 실링 부재(700)의 실링 라인보다 외측으로 상당 부분 길어질 수 있다. 그런데, 이러한 실링 라인 외측 부분은 배터리 팩의 출력이나 용량 향상과는 직접적인 관계가 없는 부분이므로, 배터리 팩의 에너지 밀도를 낮추는 한 요인이 될 수 있다. 하지만, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)가 제2 실링 부재(700)의 실링 라인보다 내측에 위치하므로, 성능 향상 없이 배터리 팩의 부피가 불필요하게 확장되는 것을 방지할 수 있다.

다만, 이처럼 제1 체결 부재(400)가 제2 실링 부재(700)의 실링 라인 안쪽에 위치하는 경우 제1 체결 부재(400)로 인해 배터리 팩의 실링성이 약화되는 문제가 발생할 가능성이 있다. 하지만, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 경우, 상기 설명한 바와 같이, 제2 체결 부재(500) 및 제1 실링 부재(600)로 인해, 이러한 문제는 방지될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 어퍼 하우징(300)은 어퍼홈이 형성되고, 제1 실링 부재(600)의 적어도 일부는 이러한 어퍼홈에 삽입될 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 구성을 참조하면, 상기 어퍼 하우징(300)은, G3로 표시된 바와 같이, 상부 표면에 하부 방향으로 오목하게 형성된 어퍼홈이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 실링 부재(600)는, 이러한 어퍼 하우징(300)의 어퍼홈(G3)에 삽입될 수 있다. 여기서, 어퍼홈(G3)은 제1 실링 부재(600)의 형태에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 특히, 제1 실링 부재(600)는 제1 체결 부재(400)의 주변을 둘러싸도록 원형 링 형태로 형성될 수 있으므로, 어퍼홈(G3) 역시 이러한 제1 실링 부재(600)가 삽입될 수 있도록, 상부에서 바라볼 때 원형 링 형태가 되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩에 제1 실링 부재(600)를 조립하는 공정이 용이하게 수행될 수 있다. 즉, 제1 실링 부재(600)를 배터리 팩에 조립할 때, 어퍼 하우징(300)에는 어퍼홈이 마련되어 있으므로, 이러한 어퍼홈을 통해 제1 실링 부재(600)의 위치가 가이드될 수 있다.

또한, 제1 실링 부재(600)가 어퍼홈에 끼워진 상태에서는, 제1 실링 부재(600)의 하면이 어퍼 하우징(300)에 접촉될 뿐 아니라, 제1 실링 부재(600)의 측면도 어퍼 하우징(300)에 접촉될 수 있다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 제1 실링 부재(600)와 어퍼 하우징(300) 간 접촉 면적이 증대되어, 이들 사이의 밀착성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 구성에 의하면, 제1 실링 부재(600)와 어퍼 하우징(300) 사이의 경로가 복잡하게 형성될 수 있다. 그러므로, 이와 같은 구성의 경우, 제1 실링 부재(600)에 의한 수평 방향 실링성이 더욱 향상될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제2 체결 부재(500)에는 체결홈이 형성되고, 제1 실링 부재(600)의 적어도 일부는 이러한 체결홈에 삽입될 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 구성을 참조하면, 상기 제2 체결 부재(500)는, G5로 표시된 바와 같이, 하부 표면에 상부 방향으로 오목하게 형성된 체결홈이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 실링 부재(600)는, 상부의 적어도 일부가 이러한 제2 체결 부재(500)의 체결홈(G5)에 삽입될 수 있다. 특히, 제1 실링 부재(600)는 원형 링 형태로 형성될 수 있으므로, 체결홈(G5) 또한 이러한 제1 실링 부재(600)의 형태에 대응되도록 원형 링 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(200)의 상부에 어퍼 하우징(300)의 안착 시, 제1 실링 부재(600)가 어퍼 하우징(300)의 체결홈에 안착되므로, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 체결 위치가 가이드될 수 있다. 또한, 제1 실링 부재(600)와 어퍼 하우징(300) 사이의 접촉 면적이 증대되고, 이들 사이의 경로가 복잡해지므로, 배터리 팩의 실링성이 향상될 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 엔드 플레이트(810)를 더 포함할 수 있다.

상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 판상, 즉 넓은 판 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 강성을 확보할 수 있도록 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 스틸 재질의 대략 직사각형 형태를 갖는 플레이트로 구성될 수 있다.

상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 셀 어셈블리(100)의 하부에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 셀 어셈블리(100)를 하부 측에서 보호하고, 셀 어셈블리(100)의 고정력을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 하부 엔드 플레이트(810)는, 로워 하우징(200)에 매립될 수 있다. 이에 대해서는 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징(200)과 하부 엔드 플레이트(810)의 분리 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 로워 하우징(200)은 하부 및 측부가 막히고 상부가 개방된 형태로 내부 공간이 형성된 하우징 본체(210)와, 상기 하우징 본체(210)의 하부에 결합되며 판상으로 구성된 로워 커버(220)를 구비할 수 있다. 이때, 하부 엔드 플레이트(810)는, 하우징 본체(210)와 로워 커버(220) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 하우징 본체(210)와 로워 커버(220)가 결합되어 로워 하우징(200)을 구성하면, 하부 엔드 플레이트(810)는 로워 하우징(200)의 바닥부 내부에 매립되는 형태가 될 수 있다.

특히, 로워 커버(220)는, 하우징 본체(210)와 레이저 용접에 의해 결합 고정될 수 있다. 이 경우, 로워 커버(220)는 레이저 용접에 대한 투과재가 될 수 있고, 하우징 본체(210)는 레이저 용접에 대한 흡수재가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 로워 커버(220)는, 테두리 부분에서 하우징 본체(210)와 레이저 용접 방식으로 서로 융착될 수 있다. 이때, 로워 커버(220)와 하우징 본체(210)는, 레이저 용접이 잘 이루어지도록 동일한 폴리머 재질로 구성될 수 있다.

이 밖에도, 하부 엔드 플레이트(810)는 다양한 방식으로 로워 하우징(200)에 매립될 수 있다. 예를 들어, 상기 로워 커버(220)는, 하부 엔드 플레이트(810)를 사이에 두고, 하우징 본체(210)와 인서트 사출 방식으로 성형될 수도 있다. 또는, 상기 로워 커버(220)는, 몰딩 방식으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 하부 엔드 플레이트(810)에는, 제1 체결 부재(400)의 하단이 결합될 수 있다. 즉, 상기 제1 체결 부재(400)는, 로워 하우징(200)의 내부 공간에서 상하 방향으로 세워지는 형태로 구성되되, 하우징 본체(210)의 바닥부를 관통하여 하부가 하부 엔드 플레이트(810)에 고정될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 내부에 매립된 하부 엔드 플레이트(810)로 인해 로워 하우징(200)의 강성과 실링성 등이 보강될 수 있다. 특히, 로워 하우징(200)은, 전기적 절연성, 경량성, 성형성 등의 확보를 위해 폴리머 재질로 구성될 수 있는데, 상기 구성과 같이 하부 엔드 플레이트(810)가 로워 하우징(200)의 내부에 매립된 실시예에 의하면, 금속 재질로 구성된 하부 엔드 플레이트(810)로 인해 로워 하우징(200)의 강성이 보강될 수 있다. 또한, 충격으로 인해 로워 커버(220)의 일부가 파손되더라도, 하부 엔드 플레이트(810)로 인해, 외부의 수분이나 이물질이 파손된 부분을 통해 배터리 팩 내부로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하부 엔드 플레이트(810)가 움직이지 않으므로, 이러한 하부 엔드 플레이트(810)에 결합된 제1 체결 부재(400) 역시 강하게 고정될 수 있다. 따라서, 이러한 제1 체결 부재(400)에 의해 결합되는 구성, 이를테면 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)의 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 금속 재질로 구성될 수 있는 하부 엔드 플레이트(810)가 배터리 팩 외부로 노출되지 않으므로, 배터리 팩의 전기적 절연성 유지에 보다 용이할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 체결 부재(900)를 더 포함할 수 있다.

상기 제3 체결 부재(900)는, 하부 엔드 플레이트(810)의 하부에 위치하며, 제1 체결 부재(400)의 하단부에 결합될 수 있다. 제1 체결 부재(400)의 대부분은 하부 엔드 플레이트(810)의 상부에 위치하되, 제1 체결 부재(400)의 하단부는 하부 엔드 플레이트(810)를 관통하여 하부 엔드 플레이트(810)의 하부에 위치할 수 있다. 그리고, 이와 같이 관통된 제1 체결 부재(400)의 하단부에는 제3 체결 부재(900)가 결합함으로써, 제1 체결 부재(400)는 하부 엔드 플레이트(810)에 견고하게 결합 고정될 수 있다.

여기서, 제3 체결 부재(900)는, 중공이 형성될 수 있으며, 이러한 제3 체결 부재(900)의 중공에는 제1 체결 부재(400)의 하단부가 삽입될 수 있다. 이때, 제3 체결 부재(900)의 중공 내면과 제1 체결 부재(400)의 하부 외면에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 제3 체결 부재(900)는, 제1 체결 부재(400)의 하단이 중공에 끼워진 상태로 회전하여 결합될 수 있다.

특히, 제3 체결 부재(900)는, 하부 엔드 플레이트(810)와 함께 로워 하우징(200)의 바닥부에 매립될 수 있다.

예를 들어, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 체결 부재(900)는 하우징 본체(210)와 로워 커버(220) 사이에 위치할 수 있다. 그리고, 하우징 본체(210)와 로워 커버(220)가 레이저 용접 등으로 결합되어 로워 하우징(200)을 구성하면, 제3 체결 부재(900)는 로워 하우징(200)의 내부에 매립될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제3 체결 부재(900)의 움직임이 제한되므로, 제3 체결 부재(900)가 제1 체결 부재(400)로부터 이탈하지 않을 수 있다. 따라서, 제3 체결 부재(900)와 제1 체결 부재(400) 간 결합 상태가 안정적으로 유지되어, 제1 체결 부재(400)가 하부 엔드 플레이트(810)에 안정적으로 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제3 체결 부재(900)의 외부 노출이 방지되므로, 제3 체결 부재(900)가 금속 재질로 구성되더라도, 배터리 팩의 전기적 절연성을 확보하는데 유리할 수 있다.

특히, 상기 제3 체결 부재(900)는, 하부 엔드 플레이트(810)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 체결 부재(900)는 하부 엔드 플레이트(810)의 하부에 적어도 일부분이 용접될 수 있다. 이 경우, 제1 체결 부재(400)는, 제3 체결 부재(900)에 결합됨으로써 하부 엔드 플레이트(810)에 결합될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하부 엔드 플레이트(810)에 대한 제1 체결 부재(400)의 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 제1 체결 부재(400)는, 하부 엔드 플레이트(810)의 평면과 수직을 이루는 것이 바람직한데, 상기 구성과 같이 제3 체결 부재(900)가 하부 엔드 플레이트(810)에 용접되는 구성의 경우, 제1 체결 부재(400)가 용접되는 구성에 비해, 제1 체결 부재(400)의 직각 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 체결 부재(400)는, 셀 어셈블리(100)를 상하 방향으로 관통할 수 있다.

특히, 셀 어셈블리(100)에는 이차 전지(110)와 카트리지(120)가 상하 방향으로 적층될 수 있는데, 제1 체결 부재(400)는 카트리지(120)를 관통하여 셀 어셈블리(100)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 포함된 각각의 카트리지(120)는, 도 4에서 H1으로 표시된 바와 같이, 메인 프레임(121)에 상하 방향으로 관통된 형태로 체결홀이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 체결홀(H1)들은, 카트리지(120)의 적층 시 상하 방향으로 연통될 수 있다. 따라서, 제1 체결 부재(400)는, 다수의 카트리지(120)의 체결홀(H1)에 함께 삽입되는 형태로 셀 어셈블리(100)를 관통할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(200)과 어퍼 하우징(300)을 결합 고정시키는 제1 체결 부재(400)에 의해, 각각의 카트리지(120)는 물론, 셀 어셈블리(100) 전체가 고정되도록 할 수 있다. 따라서, 여러 카트리지(120)의 적층 상태를 유지하기 위한 체결 부재나 배터리 팩 내부에서 셀 어셈블리(100)를 고정시키기 위한 체결 부재를 별도로 구비할 필요가 없다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 체결 부품 및 공정을 줄여, 배터리 팩의 내부 구조를 간소화하고, 조립 공정을 용이하게 하며, 제조 비용과 시간, 그리고 배터리 팩의 무게 등을 감소시킬 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 엔드 플레이트(820)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 엔드 플레이트(820)는, 판상으로 구성되며, 금속 재질, 이를테면 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 상부 엔드 플레이트(820)는, 셀 어셈블리(100)의 상부에 안착되어, 셀 어셈블리(100)의 상부를 커버할 수 있다. 따라서, 상기 상부 엔드 플레이트(820)는, 이차 전지(110)와 카트리지(120)의 적층 상태를 유지시키고 강성을 보강하며, 면압이 유지되도록 하고, 외부 충격으로부터 이들을 보호할 수 있다.

특히, 상기 상부 엔드 플레이트(820)는, 제1 체결 부재(400)에 의해 관통될 수 있다. 즉, 제1 체결 부재(400)는, 카트리지(120)의 체결홀(H1)과 함께 상부 엔드 플레이트(820)도 관통하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 체결 부재(400)에 의해 상부 엔드 플레이트(820)가 고정될 수 있으므로, 배터리 팩에 상부 엔드 플레이트(820)를 고정시키기 위한 별도의 체결 부재가 포함되지 않도록 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 구조가 간소화되고, 공정이 용이해지며, 제조 비용과 시간, 무게 등이 절감될 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전장 플레이트(830)를 더 포함할 수 있다.

상기 전장 플레이트(830)는, 판상으로 구성되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착될 수 있고, 이차 전지(110)와 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, BMS(Battery Management System)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소이다. 또한, 전류센서는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈는, 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.

상기 전장 플레이트(830)는, 셀 어셈블리(100) 상부에 구비될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(100) 상부에 상부 엔드 플레이트(820)가 구비된 실시예의 경우, 상기 전장 플레이트(830)는 상부 엔드 플레이트(820)의 상부에 위치할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전장품의 장착 및 조립, 교체 등이 용이해질 수 있다.

또한, 상기 전장 플레이트(830)는, 제1 체결 부재(400)에 의해 관통될 수 있다. 즉, 제1 체결 부재(400)는, 카트리지(120)의 체결홀(H1), 상부 엔드 플레이트(820) 등과 함께 전장 플레이트(830)도 관통하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 하우징 내부에서 전장 플레이트(830)를 고정시키기 위한 별도의 체결 부품 및 공간을 줄이거나 없앨 수 있다. 그러므로, 이 경우, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용 및 시간이 감소하며, 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100) 내부로 공기 등의 냉매를 유출입시키기 위한 덕트(D)를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 덕트(D)는, 셀 어셈블리(100) 외부에서 내부로 냉매를 유입시키기 위한 유입 덕트와, 셀 어셈블리(100) 내부에서 외부로 냉매를 유출시키기 위한 유출 덕트를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 유입 덕트와 유출 덕트는, 냉매의 원활한 흐름을 위해 서로 반대 측면에 배치될 수 있다.

더욱이, 유입 덕트를 통해 유입된 냉매는, 이차 전지(110) 사이로 흐를 수 있다. 특히, 각각의 카트리지(120)는, 서로 소정 거리 이격된 2개의 냉각 플레이트(122)를 구비할 수 있으며, 이러한 냉각 플레이트(122)의 이격 공간 사이로 냉매가 유입될 수 있다. 그리고, 이러한 카트리지(120)의 냉각 플레이트(122)의 이격 공간 사이로 흐르는 냉매는, 유출 덕트를 통해 외부로 배출될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 구성 이외에도 다른 여러 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100)의 충방전 전원을 전달하기 위한 버스바나 전기적 신호를 전달하기 위한 케이블, 외부의 충방전 장치와 연결되기 위한 전원 단자 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 전기 자동차와 같이 배터리로부터 구동력을 얻는 자동차의 경우, 공간 활용도 향상을 통한 배터리 팩의 에너지 밀도 향상, 공정의 간소화, 충격 및 진동 등에 대한 내구성 확보, 경량화 및 소형화 등은 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 따라서, 이러한 자동차에 본 발명에 따른 배터리 팩이 적용되는 경우, 이와 같은 여러 요소를 만족시키는 배터리 팩이 제공될 수 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, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 셀 어셈블리
110: 이차 전지, 120: 카트리지
200: 로워 하우징
300: 어퍼 하우징
400: 제1 체결 부재
500: 제2 체결 부재
600: 제1 실링 부재
700: 제2 실링 부재
810: 하부 엔드 플레이트
820: 상부 엔드 플레이트
830: 전장 플레이트
900: 제3 체결 부재

Claims (11)

1. 복수의 이차 전지, 및 상호 적층되며 상기 이차 전지의 외주부를 외측에서 감싸 상기 이차 전지를 수용하는 복수의 카트리지를 구비하는 셀 어셈블리;
   내부에 빈 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하고, 상부가 개방된 형태로 구성된 로워 하우징;
   상기 로워 하우징의 상부 개방단에 결합되어, 상부 개방단을 커버하는 어퍼 하우징;
   일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되며, 하단이 상기 로워 하우징에 결합되고, 상단부가 상기 어퍼 하우징을 관통하는 제1 체결 부재;
   상기 어퍼 하우징의 상부에 배치되고, 하부는 개방되고 상부는 폐쇄된 형태로 중공이 형성되어, 상기 중공에 상기 어퍼 하우징의 상부로 노출된 제1 체결 부재의 상단부가 삽입 결합됨으로써, 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징의 결합 상태를 고정시키는 제2 체결 부재; 및
   상기 제1 체결 부재를 둘러싸는 형태로 구성되며, 상기 제2 체결 부재의 하부와 상기 어퍼 하우징의 상부 사이에 개재된 제1 실링 부재
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로워 하우징의 상부 개방단 테두리를 따라 구비되어, 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이에 개재된 제2 실링 부재를 더 포함하고,
   상기 제1 체결 부재는 상기 제2 실링 부재보다 수평 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제1항에 있어서,
   상기 어퍼 하우징은 상부에 하부 방향으로 오목한 형태의 어퍼홈이 링 형태로 형성되고,
   상기 제1 실링 부재는 하부가 상기 어퍼홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 체결 부재는 하부에 상부 방향으로 오목한 형태의 체결홈이 링 형태로 형성되고,
   상기 제1 실링 부재는 상단부가 상기 체결홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 체결 부재의 상단부 외주면 및 상기 제2 체결 부재의 내주면에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제1항에 있어서,
   판상의 금속 재질로 구성되고, 상기 로워 하우징의 바닥부에 매립되며, 상기 제1 체결 부재의 하단부가 결합된 하부 엔드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제6항에 있어서,
   상기 로워 하우징의 바닥부에 매립되고, 상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 위치하며, 중공이 형성되어 상기 제1 체결 부재의 하단부에 결합된 제3 체결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 체결 부재는, 상기 셀 어셈블리를 상하 방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제1항에 있어서,
   판상의 금속 재질로 구성되고, 상기 셀 어셈블리의 상부에 안착되어 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하며, 상기 제1 체결 부재에 의해 관통되는 상부 엔드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제1항에 있어서,
    판상으로 구성되고, 상기 셀 어셈블리의 상부에 구비되며, 표면에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나의 전장품이 장착되고, 상기 제1 체결 부재에 의해 관통되는 전장 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.

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