KR20170026694A

KR20170026694A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20170026694A
Application number: KR1020150120233A
Authority: KR
Inventors: 조세훈; 손솔산; 음영환; 이길호
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR102233933B1

Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩은, 일면에 단자부를 가지는 복수의 배터리 모듈; 각각의 상기 배터리 모듈의 단자부를 이웃하는 다른 배터리 모듈의 단자부와 연결하는 버스바; 및 상기 각 배터리 모듈의 일측면에 장착되며, 상기 버스바에 걸림 연결되어 상기 배터리 모듈과 상기 버스바를 결속 및 결속해제하는 잠금 부재;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩에 대한 것이다.

최근, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 팩이 개발되고 있다. 이러한 고출력 배터리 팩은 고전력을 필요로 하는 기기, 예를 들어 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량으로 구현되고 있다.

한편, 복수의 배터리 모듈을 연결하는 부재로서 버스바가 이용되고 있는데, 종래의 버스바의 경우 단자부에 대한 이탈을 방지하기 위해 볼트/너트 체결을 통해서 결속하거나 용접 체결을 통해서 결속하는 것이 일반적이었다.

그러나, 볼트/너트 체결의 경우 진동에 의해 체결 너트가 풀리거나 작업과정 중 체결 너트의 이탈로 인한 작업손실이 빈번히 발생하는 문제가 있었다. 용접 체결의 경우에는 정상적으로 용접이 이루어졌는지 판단하기 어렵고, 하자가 있는 배터리 모듈에 대한 분리 및 교체가 불가능하다는 문제가 있었다.

이에 당 기술분야에서는 종래의 문제점들을 해결하면서도 버스바를 견고하고 용이하게 연결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

상기 잠금 부재는 상기 배터리 모듈의 표면에 놓이는 상기 버스바가 상기 표면에 수직 방향으로 접압력을 가하도록 상기 버스바와 상기 배터리 모듈을 결속시킬 수 있다.

상기 잠금 부재는, 상기 버스바의 끝단에 걸려 고정되는 고정구, 상기 고정구가 회전가능하게 연결되는 본체, 및 상기 배터리 모듈에 고정되며 상기 본체가 회전가능하게 연결되는 베이스를 포함할 수 있다.

상기 본체는 길이 방향의 일측 끝단에 힌지 홀을 가져 상기 베이스와 힌지 연결될 수 있다.

상기 본체는 상기 힌지 홀과 이격된 위치에 상기 고정구가 끼워지는 연결 홀을 가지며, 상기 연결 홀은 상기 본체의 길이 방향을 중심으로 양측에 각각 위치할 수 있다.

상기 잠금 부재는 상기 단자부의 위치에 대응하여 상기 배터리 모듈의 일측면에 장착되며, 상기 단자부와 나란하게 배치될 수 있다.

상기 단자부는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하며, 상기 배터리 모듈의 상면 중 상기 잠금 부재가 장착된 상기 일측면에 인접한 위치에서 상부 방향으로 연장될 수 있다.

상기 단자부는 단차를 가지며, 상기 단자부의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 연결되는 상기 버스바가 상기 단차에 걸림고정될 수 있다.

단자부는 끝단이 부분적으로 벤딩된 구조를 가지며, 상기 단자부의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 연결되는 상기 버스바가 상기 벤딩된 끝단에 걸림고정될 수 있다.

상기 버스바는 끝단이 절곡된 한 쌍의 걸림턱을 가지며, 상기 한 쌍의 걸림턱에 상기 잠금 부재가 걸림 연결될 수 있다.

상기 버스바는 상기 단자부가 삽입되는 한 쌍의 연결홈을 가지며, 상기 한 쌍의 연결홈은 상기 버스바의 일측에서 타측을 향해 부분적으로 연장된 구조를 가질 수 있다.

상기 한 쌍의 연결홈 사이의 간격은 상기 배터리 모듈의 단자부와 이웃하는 다른 배터리 모듈의 단자부 사이의 간격에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 버스바를 견고하고 용이하게 연결할 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 배터리 모듈의 단자부를 개략적으로 나타내는 사시도 및 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 배터리 모듈의 단자부를 개략적으로 나타내는 사시도 및 측면도이다.
도 5는 버스바 및 잠금 부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 잠금 부재에 의해 버스바와 배터리 모듈이 결속되는 방식을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은 배터리 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 모듈(10), 버스바(20) 및 잠금 부재(30)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 배터리 모듈(10)은 각각 대략 육면체 형상을 가지며, 일방향을 따라서 연속하는 구조로 배열될 수 있다. 각 배터리 모듈(10)은 충전 및 방전이 가능한 리튬 이차전지 또는 니켈-수소 이차전지 등의 이차전지를 포함할 수 있다.

도 2에서는 상기 배터리 모듈(10)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 2는 상기 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)은 복수의 서브모듈(11), 상기 복수의 서브모듈(11)을 전기적으로 연결하는 커넥터(12), 그리고 상기 복수의 서브모듈(11)과 커넥터(12)를 덮는 커버(13)를 포함할 수 있다.

상기 서브모듈(11) 각각은 복수의 배터리 셀(미도시)을 포함하며, 각 배터리 셀의 전극 탭(11a)이 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 상기 배터리 셀은, 예를 들어, 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있다.

상기 커넥터(12)는 적층된 상기 복수의 서브모듈(11)의 양쪽 끝단에 각각 배치되어 각 서브모듈(11)의 전극 탭(11a)을 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 커버(13)는 상기 배터리 모듈(10)의 외형적인 구조를 정의하며, 상기 복수의 서브모듈(11)과 커넥터(12)를 덮어 보호할 수 있다. 상기 커버(13)는 상부 커버(13a)와 한 쌍의 사이드 패널(13b)을 포함할 수 있다.

상기 각 배터리 모듈(10)은 일면에 단자부(40)를 가질 수 있다. 상기 단자부(40)는, 예를 들어, 상기 배터리 모듈(10)의 상면(10a)에 위치할 수 있으며, 상기 상면(10a)으로부터 돌출되어 상부 방향으로 수직하게 연장될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 단자부(40)가 원기둥 형상의 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 단자부(40)는 상기 커버(13)를 관통하여 상기 커버(13) 내부에 수용되는 상기 커넥터(12)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 커넥터(12)와 연결되는 상기 단자부(40)는 상기 커버(13)를 관통하여 외부로 노출됨으로써 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 단자부(40)는 양극 단자(41) 및 음극 단자(42)를 포함할 수 있다. 상기 단자부(40)는 상기 상면(10a)에 수직한 측면 중 추후 설명하는 잠금 부재(30)가 장착된 일측면(10b)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.

도 3 및 도 4에서는 각각 상기 단자부를 개략적으로 나타내고 있다.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 단자부(40)는 상기 배터리 모듈(10)의 상면(10a) 위로 돌출된 부분에 단차를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자부(40)는 수직 방향으로 돌출된 끝단 일부가 수평 방향으로 방사상으로 확대된 핀헤드(pinhead) 구조를 가질 수 있다. 이러한 핀헤드 부분에 의해 형성되는 단차는 추후 설명하는 버스바(20)가 걸림 고정될 수 있다.

또한, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 단자부(40')는 끝단이 부분적으로 벤딩된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자부(40')는 수직 방향으로 돌출된 끝단 일부가 수평 방향으로 벤딩되어 "ㄱ"자 형상의 구조를 가질 수 있다. 버스바(20)는 이러한 벤딩된 끝단에 걸림 고정될 수 있다.

상기 복수의 배터리 모듈(10)은 각 배터리 모듈(10)의 상기 단자부(40)가 동일한 방향을 향하도록 배열될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 배터리 모듈(10)은 각 배터리 모듈(10)의 단자부(40)를 통해서 상호 연결될 수 있다.

상기 버스바(20)는 각각의 상기 배터리 모듈(10)의 단자부(40)를 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)의 단자부(40)와 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스바(20)는 각 배터리 모듈(10)의 음극 단자(42)를 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)의 양극 단자(41)와 상호 연결할 수 있다.

상기 버스바(20)를 통한 상기 복수의 배터리 모듈(10)의 전기적 연결은 직렬 연결은 물론 병렬 연결도 가능하다. 본 실시 형태에서는 상기 복수의 배터리 모듈(10)이 직렬 연결되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 버스바(20)는 대략 사각 형상의 플레이트 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 버스바(20)는 상기 단자부(40)의 연장 방향에 대해 수직 한 수평 방향으로 상기 단자부(40)와 연결될 수 있다.

상기 버스바(20)는 상기 단자부(40)가 삽입되는 한 쌍의 연결홈(21)을 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 연결홈(21)은 상기 단자부(40)와 마주하는 상기 버스바(20)의 일측에서 타측을 향해 부분적으로 오목하게 함몰되어 연장될 수 있다.

상기 한 쌍의 연결홈(21) 사이의 간격은 이웃하는 한 쌍의 배터리 모듈(10)의 단자부(40) 사이의 간격에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 연결홈(21)에는 일측 배터리 모듈(10)의 양극 단자(41) 및 이에 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)의 음극 단자(42)가 각각 삽입될 수 있다.

상기 한 쌍의 연결홈(21)을 통해서 상기 양극 단자(41)와 음극 단자(42)에 끼워진 상기 버스바(20)는 상기 단자부(40)의 단차에 걸림 고정되거나 상기 단자부(40')의 벤딩된 끝단에 걸림 고정될 수 있다(도 3 및 도 4 참조). 이때, 상기 단자부(40)와 버스바(20) 사이의 걸림 고정은 상기 단자부(40)의 연장 방향에 수직한 수평 방향으로는 작용하지 않을 수 있다.

상기 버스바(20)는 상기 한 쌍의 연결홈(21)이 형성되지 않은 타측 끝단에 상부 방향으로 절곡된 한 쌍의 걸림턱(22)을 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 걸림턱(22)에 추후 설명하는 잠금 부재(30)가 각각 걸림 연결될 수 있다.

상기 잠금 부재(30)는 상기 각 배터리 모듈(10)의 일측면(10b)에 장착될 수 있다. 상기 잠금 부재(30)는 상기 버스바(20)에 걸림 연결되어 상기 배터리 모듈(10)과 상기 버스바(20)를 결속 및 결속해제할 수 있다. 상기 잠금 부재(30)는, 예를 들어, 원터치 방식으로 용이하게 결속 및 결속해제를 구현하는 매미고리 혹은 드로우 랫치(draw latch)를 포함할 수 있다.

상기 잠금 부재(30)는, 상기 버스바(20)의 끝단에 마련된 상기 한 쌍의 걸림턱(22)에 걸려 고정되는 고정구(31), 상기 고정구(31)가 회전가능하게 연결되는 본체(32), 및 상기 배터리 모듈(10)에 고정되며 상기 본체(32)가 회전가능하게 연결되는 베이스(33)를 포함할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나 실시 형태에 따라서 상기 본체(32)와 상기 베이스(33) 사이에 개재되는 스프링 부재를 더 포함할 수도 있다.

상기 베이스(33)는 상기 배터리 모듈(10)의 일측면(10b)에 부착되어 고정될 수 있다.

상기 본체(32)는 길이 방향의 일측 끝단에 힌지 홀(32a)을 가져 상기 베이스(33)와 힌지핀(34)을 통해서 힌지 연결될 수 있다. 상기 본체(32)는 상기 힌지 홀(32a)과 이격된 위치에 상기 고정구(31)가 끼워지는 연결 홀(32b)을 가질 수 있다. 상기 연결 홀(32b)은 상기 본체(32)의 길이 방향을 중심으로 양측에 각각 위치할 수 있다.

상기 고정구(31)는 개방된 고리 형상을 가지며, 개방된 양 끝단이 상기 연결 홀(32b)에 각각 끼워질 수 있다. 상기 고정구(31)는 상기 연결 홀(32b)을 축으로 회전가능하게 연결될 수 있다.

상기 잠금 부재(30)는 상기 단자부(40)의 위치에 대응하여 상기 배터리 모듈(10)의 일측면(10b)에 장착되며, 상기 단자부(40)와 나란하게 배치될 수 있다. 도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 잠금 부재(30)는 상기 양극 단자(41)와 음극 단자(42)에 대응하여 각 배터리 모듈(10)에 2개씩 장착될 수 있다.

도 6a 및 도 6b에서는 상기 잠금 부재(30)에 의해 상기 버스바(20)와 배터리 모듈(10)이 결속되는 방식을 개략적으로 나타내고 있다.

먼저, 도 6a에서와 같이, 상기 잠금 부재(30)의 본체(32)가 개방 위치에 있는 경우 상기 버스바(20)는 결속이 해제된 상태에 놓이게 된다. 이와 같이 결속 해제 상태에서 사용자는 상기 버스바(20)를 빼내고 배터리 모듈(10)을 교체할 수 있다.

다음으로, 도 6b에서와 같이, 상기 고정구(31)가 상기 버스바(20)의 걸림턱(22)에 걸린 상태에서 상기 본체(32)를 상기 베이스(33)측으로 눌러 폐쇄 위치로 이동시키면, 상기 잠금 부재(30)는 상기 배터리 모듈(10)의 상면(10a)에 놓이는 상기 버스바(20)가 상기 상면(10a)에 수직 방향으로 접압력(P)을 가하도록 하여 상기 버스바(20)를 결속시킬 수 있다.

상기와 같이 결속된 상태에서 다시 결속을 해제하려면, 상기 베이스(33)와 힌지 연결된 상기 본체(32)를 회전시켜서 도 6a와 같은 상태의 개방 위치로 이동시키면 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 원터치 방식으로 작동하는 잠금 부재(30)를 통해서 버스바(20)와 배터리 모듈(10)을 용이하게 결속 및 결속해제하는 것이 가능하다. 따라서, 하자가 발생한 배터리 모듈을 새로운 배터리 모듈로 용이하게 교체할 수 있어서 배터리 팩(1)의 조립공정이 간편해지고 이에 따른 생산성이 향상되는 장점이 있다. 특히, 종래의 볼트/너트 체결 및 용접 체결을 위해 필요로 하는 별도의 공구나 장치를 사용하지 않고도 손쉽게 작업이 가능하여 비용을 절감시킬 수 있다.

도 7에서는 상기 배터리 모듈(10')의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 7은 배터리 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 7에서 도시하는 실시 형태에 따른 배터리 모듈(10')을 구성하는 구성은 상기 도 2에 도시된 실시 형태와 기본적인 구성이 실질적으로 동일하다. 다만, 배터리 모듈(10')의 외형적 구조가 상기 도 1에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 배터리 모듈(10')의 구조를 위주로 설명한다.

도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10')은 상기 잠금 부재(30)가 장착되는 오목부(14)를 가질 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 배터리 모듈(10')은 오목부(14)를 더 포함하는 것을 제외하고 앞선 실시 형태와 실질적으로 동일한 것으로 이해될 수 있다.

상기 오목부(14)는 상기 배터리 모듈(10')의 일측면(10b)에 소정 크기로 함몰된 부분에 해당할 수 있다. 상기 오목부(14)의 크기는 상기 잠금 부재(30)의 크기보다 더 클 수 있다. 상기 오목부(14) 내에는 상기 잠금 부재(30)가 장착될 수 있다.

상기 오목부(14)는 를 내부에 수용함으로써 상기 잠금 부재(30)가 상기 배터리 모듈(10)의 표면으로부터 외부로 돌출되지 않도록 할 수 있다. 이를 통해서 상기 잠금 부재(30)가 외부 장치와 간섭되거나 충격을 받아 파손되는 것을 방지하고, 의도치 않게 잠금이 풀려 결속이 해제되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1... 배터리 팩
10, 10'... 배터리 모듈
20... 버스바
30... 잠금 부재

Claims

일면에 단자부를 가지는 복수의 배터리 모듈;
각각의 상기 배터리 모듈의 단자부를 이웃하는 다른 배터리 모듈의 단자부와 연결하는 버스바; 및
상기 각 배터리 모듈의 일측면에 장착되며, 상기 버스바에 걸림 연결되어 상기 배터리 모듈과 상기 버스바를 결속 및 결속해제하는 잠금 부재;
를 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 잠금 부재는 상기 배터리 모듈의 표면에 놓이는 상기 버스바가 상기 표면에 수직 방향으로 접압력을 가하도록 상기 버스바와 상기 배터리 모듈을 결속시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 잠금 부재는, 상기 버스바의 끝단에 걸려 고정되는 고정구, 상기 고정구가 회전가능하게 연결되는 본체, 및 상기 배터리 모듈에 고정되며 상기 본체가 회전가능하게 연결되는 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,
상기 본체는 길이 방향의 일측 끝단에 힌지 홀을 가져 상기 베이스와 힌지 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 본체는 상기 힌지 홀과 이격된 위치에 상기 고정구가 끼워지는 연결 홀을 가지며, 상기 연결 홀은 상기 본체의 길이 방향을 중심으로 양측에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 잠금 부재는 상기 단자부의 위치에 대응하여 상기 배터리 모듈의 일측면에 장착되며, 상기 단자부와 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단자부는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하며, 상기 배터리 모듈의 상면 중 상기 잠금 부재가 장착된 상기 일측면에 인접한 위치에서 상부 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단자부는 단차를 가지며, 상기 단자부의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 연결되는 상기 버스바가 상기 단차에 걸림고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
단자부는 끝단이 부분적으로 벤딩된 구조를 가지며, 상기 단자부의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 연결되는 상기 버스바가 상기 벤딩된 끝단에 걸림고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 버스바는 끝단이 절곡된 한 쌍의 걸림턱을 가지며, 상기 한 쌍의 걸림턱에 상기 잠금 부재가 걸림 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 버스바는 상기 단자부가 삽입되는 한 쌍의 연결홈을 가지며, 상기 한 쌍의 연결홈은 상기 버스바의 일측에서 타측을 향해 부분적으로 연장된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 한 쌍의 연결홈 사이의 간격은 상기 배터리 모듈의 단자부와 이웃하는 다른 배터리 모듈의 단자부 사이의 간격에 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.